常见的传统太阳能电池就是通过大面积的光电二极管来产生电能。
光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。
工作原理
一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。这样的机制也被称作是光电效应。如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。
光电压模式
当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。
光电导模式
当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。
尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊·奈奎斯特噪声（Johnson–Nyquist noise）会造成较大的影响。