Η οπτοηλεκτρονική είναι ένας κλάδος της ηλεκτρονικής που ασχολείται με τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως και τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω υλικών που ονομάζονται ημιαγωγοί. Οι ημιαγωγοί είναι στερεά κρυσταλλικά υλικά με ηλεκτρική αγωγιμότητα μικρότερη από αυτή των μετάλλων αλλά μεγαλύτερη από αυτή των μονωτών. Οι φυσικές τους ιδιότητες μπορούν να τροποποιηθούν με την έκθεση σε διαφορετικούς τύπους φωτός ή σε ηλεκτρισμό. Εκτός από το ορατό φως, μορφές ακτινοβολίας όπως το υπεριώδες και το υπέρυθρο φως που δεν είναι ορατές στο ανθρώπινο μάτι μπορούν να επηρεάσουν τις ιδιότητες αυτών των υλικών.
Μια από τις πρώτες ανακαλύψεις της φυσικής που οδήγησε στην ανάπτυξη της σύγχρονης οπτοηλεκτρονικής είναι γνωστή ως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι η εκπομπή ηλεκτρονίων από ένα υλικό όταν αυτό εκτίθεται σε ορισμένους τύπους φωτός. Όταν το υλικό απορροφά αρκετή ενέργεια με τη μορφή φωτός, τα ηλεκτρόνια μπορούν να εκτοξευθούν από την επιφάνεια του υλικού, δημιουργώντας έτσι ηλεκτρικό ρεύμα και αφήνοντας πίσω οπές ηλεκτρονίων. Ένα σχετικό φαινόμενο είναι το φωτοβολταϊκό φαινόμενο στο οποίο το απορροφούμενο φως προκαλεί τα ηλεκτρόνια ενός υλικού να αλλάζουν ενεργειακές καταστάσεις, δημιουργώντας έτσι μια τάση που μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα.
Η παραγωγή ηλιακής ενέργειας από ηλιακές κυψέλες που απορροφούν το φως από τον ήλιο είναι μια κοινή εφαρμογή που εκμεταλλεύεται αυτά τα αποτελέσματα. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ή να αποθηκευτεί σε μπαταρίες για μελλοντική χρήση. Οι πρακτικές εφαρμογές των ηλιακών κυψελών περιλαμβάνουν την παραγωγή ενέργειας τόσο στη γη, όπως για σπίτια εκτός δικτύου σε απομακρυσμένες τοποθεσίες, όσο και στο διάστημα, όπως για δορυφόρους.
Η ηλεκτροφωταύγεια είναι ένα άλλο σημαντικό αποτέλεσμα που χρησιμοποιείται στην οπτοηλεκτρονική. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρισμός σε ορισμένα υλικά, οδηγεί τα ηλεκτρόνια σε καταστάσεις υψηλής ενέργειας να συνδυαστούν με ηλεκτρονιακές οπές και να πέφτουν σε πιο σταθερές καταστάσεις χαμηλότερης ενέργειας, απελευθερώνοντας έτσι ενέργεια με τη μορφή φωτός. Οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) είναι ένα κοινό παράδειγμα χρήσης της ηλεκτροφωταύγειας. Οι λυχνίες LED σε διάφορα χρώματα χρησιμοποιούνται ως ενδείξεις ενεργοποίησης, σε ψηφιακές οθόνες για αντικείμενα όπως αριθμομηχανές και οικιακές συσκευές, για φωτισμό πινακίδων και φωτεινών σηματοδοτών, ως προβολείς και σήματα σε αυτοκίνητα και άλλα. Οι πίνακες οργάνων του ταμπλό στα οχήματα χρησιμοποιούν επίσης συνήθως ηλεκτροφωταύγεια για φωτισμό.
Φωτοαγωγιμότητα είναι το φαινόμενο της αυξημένης αγωγιμότητας ενός υλικού υπό φωτισμό. Αυτό το φαινόμενο ποικίλλει με μεγαλύτερη ένταση φωτός, δημιουργώντας περισσότερα ηλεκτρόνια και ηλεκτρονιακές οπές σε ορισμένα υλικά, αυξάνοντας έτσι την ηλεκτρική αγωγιμότητα αυτών των υλικών. Τα φωτοτυπικά μηχανήματα έγιναν δυνατά μέσω της εφαρμογής του συγκεκριμένου φαινομένου της οπτοηλεκτρονικής. Όταν μια φωτοαγώγιμη επιφάνεια σε ένα φωτοτυπικό μηχάνημα εκτίθεται σε μια εικόνα, δημιουργείται μια διαφορά στην αγωγιμότητα μεταξύ των φωτιζόμενων περιοχών που δεν περιέχουν την εικόνα και των μη φωτιζόμενων τμημάτων που περιέχουν. Ως αποτέλεσμα, η σκόνη στο μηχάνημα διανέμεται με τη μορφή της εικόνας, μετά την οποία συγχωνεύεται σε ένα κομμάτι χαρτί για να ολοκληρωθεί η διαδικασία αντιγραφής.
Αυτά και άλλα οπτοηλεκτρονικά εφέ ενσωματώνονται σε μια τεράστια γκάμα συσκευών και εφαρμογών σε πολυάριθμους συνδυασμούς, με ακόμη περισσότερους σε εξέλιξη. Πολλές βιομηχανίες έχουν φέρει επανάσταση από την εφαρμογή της οπτοηλεκτρονικής. Οι οπτοηλεκτρονικές συσκευές διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε εφαρμογές και προϊόντα από υπολογιστές έως επικοινωνίες, ιατρική τεχνολογία έως στρατιωτικό εξοπλισμό, φωτογραφία και άλλες τεχνικές απεικόνισης και όχι μόνο.