Optoelectronica este o ramură a electronicii care se ocupă cu transformarea energiei electrice în lumină și cu transformarea luminii în energie electrică prin intermediul unor materiale numite semiconductori. Semiconductorii sunt materiale cristaline solide cu conductivități electrice mai mici decât cele ale metalelor, dar mai mari decât cele ale izolatorilor. Proprietățile lor fizice pot fi modificate prin expunerea la diferite tipuri de lumină sau la electricitate. Pe lângă lumina vizibilă, formele de radiații, cum ar fi lumina ultravioletă și infraroșu, care nu sunt vizibile pentru ochiul uman, pot afecta proprietățile acestor materiale.
Una dintre cele mai timpurii descoperiri ale fizicii care a condus la dezvoltarea optoelectronicii moderne este cunoscută sub numele de efect fotoelectric. Efectul fotoelectric este emisia de electroni de către un material atunci când este expus la anumite tipuri de lumină. Când materialul absoarbe suficientă energie sub formă de lumină, electronii pot fi izbiți de suprafața materialului, generând astfel un curent electric și lăsând în urmă găuri de electroni. Un fenomen înrudit este efectul fotovoltaic în care lumina absorbită face ca electronii unui material să schimbe stările de energie, creând astfel o tensiune care poate genera curent electric.
Generarea de energie solară de către celulele solare care absorb lumina de la soare este o aplicație comună care profită de aceste efecte. Electricitatea generată în acest mod poate fi utilizată direct sau stocată în baterii pentru o utilizare ulterioară. Aplicațiile practice ale celulelor solare includ generarea de energie atât pe pământ, cum ar fi pentru casele off-grid din locații îndepărtate, cât și în spațiu, cum ar fi pentru sateliți.
Electroluminiscența este un alt efect important care este utilizat în optoelectronică. Când electricitatea este aplicată anumitor materiale, ea conduce electronii în stări de înaltă energie pentru a se combina cu găurile de electroni și cad în stări mai stabile de energie mai mică, eliberând astfel energie sub formă de lumină. Diodele emițătoare de lumină (LED-urile) sunt un exemplu comun de utilizare a electroluminiscenței. LED-urile într-o varietate de culori sunt folosite ca indicatoare de pornire, în afișajele digitale pentru articole precum calculatoare și electrocasnice, pentru iluminarea semnelor și semafoarelor, ca faruri și semnale pe mașini și multe altele. De asemenea, panourile de instrumente de bord ale vehiculelor folosesc în mod obișnuit electroluminiscența pentru iluminare.
Fotoconductivitatea este fenomenul de creștere a conductibilității unui material sub iluminare. Acest efect variază cu o intensitate mai mare a luminii, generând mai mulți electroni și găuri de electroni în anumite materiale, crescând astfel conductivitățile electrice ale acestor materiale. Fotocopiatoarele au fost posibile prin aplicarea acestui fenomen special al optoelectronicii. Atunci când o suprafață fotoconductivă dintr-o mașină fotocopiator este expusă la o imagine, se creează o diferență de conductivitate între zonele iluminate care nu conțin imaginea și secțiunile neiluminate care o fac. Ca urmare, pulberea din mașină este distribuită sub forma imaginii, după care este topită pe o bucată de hârtie pentru a finaliza procesul de copiere.
Acestea și alte efecte optoelectronice sunt integrate într-o gamă largă de dispozitive și aplicații în numeroase combinații, cu chiar mai multe în dezvoltare. Multe industrii au fost revoluționate prin aplicarea optoelectronicii. Dispozitivele optoelectronice joacă un rol critic în aplicații și produse, de la computere la comunicații, tehnologia medicală la echipamente militare, fotografie și alte tehnici de imagistică și nu numai.