向P区，空穴向n区扩散，使p区带负电，n区带正电，形成由不能移动离子组成的空间电荷区（耗尽区），同时出现由耗尽层引起的内建电场，使少子漂移，并阻止电子和空穴继续扩散，达到平衡。在热平衡下，由于pn结中漂移等于扩散电流，净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过pn结的电流方程为：
当光照射p-n结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子——空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下运动；在开路状态，最后在n区边界积累光生电子，p区积累光生空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即p区和n区之间产生了光生电压Voc。
若p-n结电路接负载电阻RL，如图，有光照射时，则在p-n结内出现两种相反的电流：
光激发产生的电子——空穴对，在内建电场作用下形成的光生电流Ip，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流I0相同；
光生电流流过负载产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，由此产生电流ID。
无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化。类似光电导器件。
无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏安特性曲线相同；受光照后，产生光电流，方向与I0相同，因此曲线将沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照度的变化成正比。
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