Czarne palety na dachach lub szarawe daszki nad stacjami meteo w odludnych zakątkach to ogniwa słoneczne. Działanie ogniwa słonecznego opiera się na efekcie foto-woltaicznym - wytwarzania napięcia pod wpływem światła. Potrzebne są do tego dwa półrzewodniki, jak na przykład dwa typy krzemu. Jeżli złącze takich półprzewodników oświetlimy, to energia światła wyrywa elektrony z jednego z nich i pozwala im wędrować do drugiego. W jednym półprzewodniku znajdzie się nadmiar elektronów, w drugim niedobór. Powstaje napięcie elektryczne.

Działanie takiego złącza nie jest bynajmniej proste, ani też jego koszty. Krzem musi być odpowiedniego rodzaju, z domieszką boru (nazywamy go włwczas typu dodatniego, czyli p) lub fosforu, czyli typu n. Światło musi mieć odpowiednią energię a powstające napięcie jest zawsze niższe, niż wynikałoby to z energii światła. Tanie ogniwa krzemowe dają zaledwie 0.4 V napięcia.

Ogniwa słoneczne stosowane są do zasilania w energię elektryczną np. sztucznych satelitów, sond kosmicznych, kalkulatorów czy zegarków.

Ogniwem słonecznym może być również "odwrócona" dioda fotoluminescencyjna - nie zasilana zewnętrznym źródłem prądu, ale oświetlona światłem. Diodę podłączamy do miernika napięcia (o dużej oporności wewnętrznej) - oświetlona światłem o "odpowiedniej" długości fali, wytwarza napięcie, około 1,0-2,5 V w zależności od jej koloru. Za pojawienie się napięcia na nókach diody odpowiedzialne jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne.

W zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym elektrony są, pod wpływem światła, wyrzucane na zewnątrz metalu. Długość fali promieniowania padającego na metal musi być dostatecznie mała, mniejsza od pewnego progu, charakterystycznego dla danego materiału. Energia każdego fotonu jest proporcjonalna do częstotliwości promieniowania (E = hv = hc/λ). Minimalna wartość energii potrzebna do wyrzucenia elektronu nosi nazwę pracy wyjścia W. Zjawisko fotoelektryczne zostało wyjaśnione po raz pierwszy przez Einsteina w 1905 roku. Według niego energia kinetyczna fotoelektronów jest równa:

E_kin = h v - W

E_kin ... jest maksymalną energią kinetyczną wyemitowanego elektronu, h ..... stałą Plancka (6.626.10-34 Js), v ..... częstotliwością fali padającej na płytkę metalową, W ..... pracą wyjścia elektronu z metalu.

W zjawisku fotoelektrycznym wewnętrznym, elektron przenoszony jest z niższego pasma (zwanego walencyjnym) do wyższego, zwanego przewodnictwa, pozostawiając po sobie "dziurę". Dziura i elektron dryfują w przeciwnych kierunkach. Pojawiające się napięcie odpowiada przerwie energetycznej między pasmami pomniejszonej o tzw. polaryzację złącza (0.8 V). Kolor diody, związany jest z wielkością przerwy energetycznej np. barwa czerwona o długości fali 680 nm odpowiada energii kwantów 1.8 eV. Dioda czerwona generuje więc napięcie 1.0 V a zielona (520 nm) 1.5 V.