常見的傳統太陽能電池就是通過大面積的光電二極管來產生電能。

光電二極管與常規的半導體二極管基本相似，只是光電二極管可以直接暴露在光源附近或通過透明小窗、光導纖維封裝，來允許光到達這種器件的光敏感區域來檢測光信號。許多用來設計光電二極管的二極管使用了一個PIN結，而不是一般的PN結，來增加器件對信號的響應速度。光電二極管常常被設計為工作在反向偏置狀態。

 工作原理

   一個光電二極管的基礎結構通常是一個PN結或者PIN結。當一個具有充足能量的光子沖擊到二極管上，它將激發一個電子，從而產生自由電子（同時有一個帶正電的空穴）。這樣的機制也被稱作是光電效應。如果光子的吸收發生在結的耗盡層，則該區域的內電場將會消除其間的屏障，使得空穴能夠向著陽極的方向運動，電子向著陰極的方向運動，于是光電流就產生了。實際的光電流是暗電流和光照產生電流的綜合，因此暗電流必須被最小化來提高器件對光的靈敏度。

 光電壓模式

   當偏置為0時，光電二極管工作在光電壓模式，這是流出光電二極管的電流被抑制，兩端電勢差積累到一定數值。

 光電導模式

   當工作在這一模式時，光電二極管常常被反向偏置，急劇的降低了其響應時間，但是噪聲不得不增加作為代價。同時，耗盡層的寬度增加，從而降低了結電容，同樣使得響應時間減少。反向偏置會造成微量的電流（飽和電流），這一電流與光電流同向。對于指定的光譜分布，光電流與入射光照度之間呈線性比例關系。

   盡管這一模式響應速度快，但是它會引發更大的信號噪聲。一個良好的PIN二極管的泄漏電流很小（小于1納安），因此負載電阻的約翰遜·奈奎斯特噪聲（Johnson–Nyquist noise）會造成較大的影響。