Η αγωγιμότητα των στερεών υλικών οφείλεται στην δυνατότητα κίνησης των ‘ελεύθερων’ ηλεκτρονίων που διαθέτουν. Οι αγωγοί (π.χ. Cu) διαθέτουν πολλά ‘ελεύθερα’ ηλεκτρόνια, τα οποία έχουν την δυνατότητα να κινηθούν με ευκολία όταν εφαρμοστεί στα άκρα τους μία διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Από την άλλη οι μονωτές (π.χ. ξύλο) δεν διαθέτουν ‘ελεύθερα’ ηλεκτρόνια τα οποία μπορούν να κινηθούν με ευκολία, γι’ αυτό και η εφαρμογή μίας διαφοράς δυναμικού στα άκρα τους δεν προκαλεί κίνηση ηλεκτρονίων. Οι ημιαγωγοί (π.χ. πυρίτιο) είναι υλικά τα οποία παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά όσον αφορά την αγωγιμότητάς τους. Σε συνθήκες περιβάλλοντος συνήθως δεν είναι ούτε κανονικοί αγωγοί ούτε μονωτές. Διαθέτουν έναν αριθμό ‘ελεύθερων’ ηλεκτρονίων τα οποία μπορούν να κινηθούν, αλλά ο αριθμός αυτός είναι περιορισμένος σε σχέση με τον αντίστοιχο αριθμό ηλεκτρονίων στους αγωγούς.

Η καλύτερη αναπαράσταση των ιδιοτήτων της αγωγιμότητας των υλικών δίνεται με την εικόνα των ενεργειακών ζωνών, των ενεργειών δηλαδή τις οποίες μπορούν να καταλάβουν τα ηλεκτρόνια των υλικών. Ένας αγωγός (α) διαθέτει ηλεκτρόνια με ενέργειες οι οποίες καλύπτουν μόνο ένα μέρος της ανώτερης κατειλημμένης ενεργειακής ζώνης, ενώ ένας μονωτής (β) διαθέτει ηλεκτρόνια με ενέργειες οι οποίες καλύπτουν πλήρως την ανώτερη κατειλημμένη ενεργειακή ζώνη.

Σε έναν τυπικό ημιαγωγό σε συνθήκες περιβάλλοντος (γ) υπάρχει ένας περιορισμένος αριθμός ηλεκτρονίων στην ανώτερη μη κατειλημμένη ενεργειακή ζώνη (Ζώνη Αγωγιμότητας) ενώ εμφανίζεται ένας αντίστοιχος αριθμός ελλείμματος ηλεκτρονίων (οπές) στην αμέσως προηγούμενη ενεργειακή ζώνη (Ζώνη Σθένους). Τα ηλεκτρόνια στην Ζώνη Αγωγιμότητας προέρχονται από την Ζώνη Σθένους συνήθως λόγω θερμικής διέγερσης, προσφοράς δηλαδή θερμότητας από το περιβάλλον, από το οποίο λαμβάνουν την απαιτούμενη ενέργεια για να υπερπηδήσουν την ενεργειακή διαφορά των δύο Ζωνών που αποκαλείται Ενεργειακό Χάσμα (Ε_g). Όμως ο αριθμός των ‘ελεύθερων’ ηλεκτρονίων στην Ζώνη Αγωγιμότητας σε μερικούς ημιαγωγούς μπορεί να αυξηθεί δραματικά με την προσφορά ενέργειας υπό την μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στα αντίστοιχα ηλεκτρόνια της Ζώνης Σθένους (δ).

Στα ημιαγώγιμα υλικά λοιπόν συναντούμε το φαινόμενο της Φωτοαγωγιμότητας. Όταν σε ένα ημιαγώγιμο υλικό όπως το CdS προσπέσει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συχνότητας ν και ενέργειας hν, τότε παρατηρείται μαζική γένεση φορέων αγωγιμότητας (ηλεκτρονίων στην Ζώνη Αγωγιμότητας και οπών στην Ζώνη Σθένους). Αν στα άκρα του φωτοαγώγιμου υλικού εφαρμοστεί διαφορά δυναμικού με κατάλληλες ωμικές επαφές, τότε οι γεννώμενοι φορείς αγωγιμότητας του υλικού μπορούν να κινηθούν σε ένα κύκλωμα. Όταν το φωτοαγώγιμο υλικό δεν ακτινοβολείται, στο κύκλωμα κυκλοφορεί μόνο το λεγόμενο σκοτεινό ρεύμα ή ρεύμα υποβάθρου Ι_b. Το ρεύμα αυτό οφείλεται αποκλειστικά στους φορείς αγωγιμότητας που προκύπτουν λόγω θερμικής διέγερσης. Κατά την πρόσπτωση ακτινοβολίας στο φωτοαγώγιμο υλικό παρατηρείται αύξηση της αγωγιμότητας και το συνολικό ρεύμα γίνεται I=I_b+I_ph, όπου το φωτορεύμα I_phείναι το επιπλέον ρεύμα φωτοαγωγιμότητας, το οποίο είναι πολλές φορές υψηλότερο από το Ι_b. Η παραπάνω διαδικασία βέβαια μπορεί να συμβεί μόνον όταν η ενέργεια hν της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι ίση ή υπερβαίνει το ενεργειακό χάσμα E_g.

Διαδικασία: Συνδέουμε τα άκρα του τροφοδοτικού με τον φωτοαγωγό, ένα αμπερόμετρο και ένα λαμπτήρα συνδεδεμένους σε σειρά. Καλύπτουμε την φωτοευαίσθητη επιφάνεια του φωτοαγωγού έτσι ώστε να μην ακτινοβολείται, μετρούμε την ένδειξη του αμπερομέτρου και παρατηρούμε τον λαμπτήρα καθώς αυξάνουμε την διαφορά δυναμικού. Η ένδειξη του αμπερομέτρου είναι το ρεύμα υποβάθρου I_b. Παρατηρούμε ότι ο λαμπτήρας δεν φωτοβολεί για τόσο μικρή ένδειξη ρεύματος. Στην συνέχεια αποκαλύπτουμε την φωτοευαίσθητη επιφάνεια, φωτοβολούμε τον φωτοαγωγό με λευκό φως, καταγράφουμε την ένδειξη του αμπερομέτρου και παρατηρούμε τον λαμπτήρα. Η ένδειξη του αμπερομέτρου είναι το συνολικό ρεύμα Ι=Ι_b+I_ph. Παρατηρούμε ότι η ένδειξη αυτή είναι πολύ υψηλότερη από το ρεύμα υποβάθρου I_b και οφείλεται στην συνεισφορά των φορέων αγωγιμότητας οι οποίοι προέκυψαν από την ακτινοβόληση του φωτοαγώγιμου υλικού με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή του ορατού. Παρατηρούμε επίσης ότι ο λαμπτήρας φωτοβολεί έντονα καθώς αυξάνουμε την διαφορά δυναμικού, γεγονός που οφείλεται στην αύξηση του ρεύματος Ι.