Fotoelektrik pil ya da fotosel adı verilen aygıtların çalışma ilkesi, ışığın elektrik devreleri üzerindeki etkisine dayanmaktadır.



Gerçekten de gerçek görünür ışık, gerek kızıl ötesi ve morötesi gibi görünmeyen dalga boylarındaki ışınlar belirli koşullarda elektrik devrelerinde bazı değişikler meydana getirir. Fotoelektrik etki adı verilmiş olan bu olayda üç şekilde ortaya çıkmaktadır. Işık ya da iki madde arasında bir potansiyel farkı yaratır ya bazı maddelerin elektrik iletkenliğini değiştirir ya da maddeni,n elektron salmasına sebep olur.Bu duruma fotoemisyon denilmektedir.

Fotovoltaik etki, silisyum ya da germanyum gibi bir yarıiletken katmanı ile ayrılmış, uygun nitelikte iki metal levhanın üzerine ışık düşürüldüğünde ortaya çıkmaktadır. Bu durumda yarıiletken maddenin serbest kalan elektronları eklemin bir yanından diğer yanına doğru akar ve birer elektrot gibi davranan metal levhalar arasındaki potansiyel farkından dolayı bir elektik akımı meydana gelir. Kısacası bu düzenek ışık enerjisi ile çalışan bir elektrik üreticisine dönüşmektedir. Fotopil adı verilmiş olan bu düzenekler güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren güneş pillerinin yapımında kullanılır. Fotovoltaik etkiyi metal levhaları bir sıvı ile birbirinden ayıran kişi Edmond Becquerel olmuştur.

Fotoiletkenlik ya da ışıliletkenlik etkisi bazı maddelerin üzerlerine ışık düştüğü zaman elektrik dirençlerini büyük ölçüde yitirerek daha iletken duruma gelme özelliğine dayanmaktadır. Bu etkiyi İngiliz Posta İdaresi’nde çalışmakta olan Joseph May isimli bir telgraf memuru 1861 yılında bulmuştur. Joseph May kullanmış olduğu telgraf aletinde zaman zaman ortaya çıkmış olan bozuklukları selenyum dirençler üzerine düşen güneş ışığından kaynaklanmış olduğunu fark etmiştir.

Fotoemisyon ya da Işılsalım etkisi, tüm fotoelektrik olaylar arasında en yaygın olanıdır. Bazı maddelerin üzerlerine ışık düştüğü zaman elektron salmaya başlamış olduğunu ilk defa 1887 yılında Heinrich Hertz tespit etmiştir. Bu etkiye dayanmakta olan çağdaş fotoseller ışığın etkisi ile elektron salan bir katot ile bu elektronları toplayan bir anotton meydana gelmektedir. Bu iki elektrot havası tamamen boşaltılmış bir cam tüpün içine yerleştirilmiştir. Katot olarak genellikle üzeri sezyum ile kaplanmış ve eğri bir yüzey oluşturacak biçimde bükülmüş metal bir levha anot olarak da ince bir metal çubuk kullanılmaktadır. Anot bir elektrik üreticisinin artı ucuna katot da eksi ucuna bağlıdır. Fotosel karanlıkta kalmış olduğu zaman katottan anota doğru pek az elektron akar. Ama sezyum levhanın üzerine ışık düştüğü anda bu elementin atomlarının dış kabuğundaki elektronlar hızlı bir biçimde serbest kalmaya başlar. Böylece anottoki pozitif gerilim bu eksi yüklü elektronları çeker ve iki elektrot arasında büyük bir elektron yani elektrik akımı ortaya çıkar. Gelen ışığın etkisi ne kadar fazla ise akım da o derece güçlüdür.

Günümüzde fotoelektrik etkinin her üç türüne dayanmakta olan fotoseller yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, sinema filmlerinin sesi filmin kenarındaki ses kuşağını tarayan ışığın bir fotosel üzerine düşürülmesi ile elde edilir. Ayrıca hırsız alarm sistemlerinde fotoğraf makinelerinin pozometrelerinde otomatik olarak açılıp kapanan kapılarda ve sokak lambalarının hava kararınca kendiliğinden yanmasını sağlayan sistemlerde fotoseller kullanılır. Işık şiddetini ölçmek, tıpta kullanılacak X ışınlarının dozunu belirlemek ve fabrikalardaki kalite kontrolü sırasında kusurlu olan ürünleri saptamak için de yine fotosellerden yararlanıldığı görülmektedir.