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PN结光生伏特效应光照射到距表面很近的半导体PN结时，结及附近的半导体吸收光能。若光子能量大于禁带宽度，则价带电子跃迁到导带，成为自由电子，而价带则相应成为自由空穴。这些电子空穴对在PN结内部电场的作用下，电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，结果P区带正电，N区带负电，形成光电动势。PN结光生电流与人射光照度成正比，光生伏特与照度对数成正比。由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别与半导体空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有使PN结距表面的厚度小于扩散长度，才能形成光电流产生光生伏特。在工程上，利用改变PN结距表面厚度的大小的方法，可以调整基于PN结光生伏特效应的光电器件的频率响应特性、光电流和光生电势大小。
N型或P型掺杂半导体在光照射下，光子能量只要分别大于施主能级和导带底能级差或受主能级与满带顶能级差Ei（eV），光能即被吸收，激发出能参与导电的光生电子或空穴。掺杂半导体产生光生载流子的截止波长为λ0≈1240/Ei。图 光电导效应机理图当光敏电阻接上直流电压Vb，并用一定强度、波长小于λ0的光线连续照射时，其输出直流电流i0为式中，η 内光量子效率（光生载流子数与人射光子数之比）；μc——多数载流子的迁移率；τ——多数载流子寿命；d——光敏电阻两电间距；p——入射光功率；e——普朗克常数，为6.6261×10-34J•s。
PN结光生电流值与人射光照度正比例，光生伏特与光照度大部分正比例。由于光生电子元器件、空蚀在扩散过程时候分别与半导体器件空蚀、电子元器件复合性，因此载流子的使用期与扩散长度有关。只有使PN结距表面的厚薄小于扩散长度，可以造成光电流导致光生伏特。在建筑项目上，应用变更PN结距表面厚薄的规格的方法，可以调整依据PN结光生伏特效应的半导体器件的相频特性特性、光电流跟光生电势差规格。