La optoelectrónica es una rama de la electrónica que se ocupa de convertir la energía eléctrica en luz y convertir la luz en energía eléctrica mediante materiales llamados semiconductores. Los semiconductores son materiales sólidos cristalinos con conductividades eléctricas inferiores a las de los metales pero superiores a las de los aislantes. Sus propiedades físicas pueden modificarse mediante la exposición a diferentes tipos de luz o electricidad. Además de la luz visible, formas de radiación como la luz ultravioleta e infrarroja que no son visibles para el ojo humano pueden afectar las propiedades de estos materiales.
Uno de los primeros descubrimientos de la física que condujo al desarrollo de la optoelectrónica moderna se conoce como efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones por un material cuando se expone a ciertos tipos de luz. Cuando el material absorbe suficiente energía en forma de luz, los electrones pueden salir despedidos de la superficie del material, generando así una corriente eléctrica y dejando huecos de electrones. Un fenómeno relacionado es el efecto fotovoltaico en el que la luz absorbida hace que los electrones de un material cambien los estados de energía, creando así un voltaje que puede generar corriente eléctrica.
La generación de energía solar mediante células solares que absorben la luz del sol es una aplicación común que aprovecha estos efectos. La electricidad generada de esta manera puede usarse directamente o almacenarse en baterías para su uso posterior. Las aplicaciones prácticas de las células solares incluyen la generación de energía tanto en la tierra, como para hogares fuera de la red en ubicaciones remotas, como en el espacio, como para satélites.
La electroluminiscencia es otro efecto importante que se utiliza en optoelectrónica. Cuando se aplica electricidad a ciertos materiales, hace que los electrones en estados de alta energía se combinen con los huecos de electrones y caigan en estados más estables de menor energía, liberando así energía en forma de luz. Los diodos emisores de luz (LED) son un ejemplo común del uso de electroluminiscencia. Los LED en una variedad de colores se utilizan como indicadores de encendido, en pantallas digitales para elementos como calculadoras y electrodomésticos, para iluminar letreros y semáforos, como faros y señales en automóviles, y más. Los paneles de instrumentos del salpicadero de los vehículos también suelen utilizar electroluminiscencia para la iluminación.
La fotoconductividad es el fenómeno de aumento de la conductividad de un material bajo iluminación. Este efecto varía con una mayor intensidad de luz generando más electrones y huecos de electrones en ciertos materiales, aumentando así las conductividades eléctricas de estos materiales. Las máquinas fotocopiadoras fueron posibles gracias a la aplicación de este fenómeno particular de la optoelectrónica. Cuando una superficie fotoconductora en una máquina fotocopiadora se expone a una imagen, se crea una diferencia de conductividad entre las áreas iluminadas que no contienen la imagen y las secciones no iluminadas que sí. Como resultado, el polvo en la máquina se distribuye en forma de imagen, después de lo cual se fusiona en una hoja de papel para completar el proceso de copia.
Estos y otros efectos optoelectrónicos están integrados en una amplia gama de dispositivos y aplicaciones en numerosas combinaciones, y hay más en desarrollo. Muchas industrias se han visto revolucionadas por la aplicación de la optoelectrónica. Los dispositivos optoelectrónicos desempeñan un papel fundamental en aplicaciones y productos, desde computadoras hasta comunicaciones, tecnología médica hasta equipos militares, fotografía y otras técnicas de imágenes, y más.