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当一束单色光照射到物体上时，入射光的一部分在物体表面反射或散射，另一部分则透射到物体中。透射光因其能量将电子由被占有的低能态激发到未被占据的较高能态而被该物体吸收。也就是说，光在媒质中传播时发生衰减，即光的吸收。
半导体材料通常能强烈地吸收光能，其吸收系数 α 与半导体材料、入射光波长等因素有关。按照具体的吸收机制的不同，半导体材料的光吸收可以分为本征吸收、激子吸收、自由载流子吸收、杂质吸收、晶格振动吸收等。
绝对零度时，理想半导体的价带区域是完全被电子占满的，因此价带内的电子相对稳定，不能被激发到更高的能级。但如果吸收足够能量的光子，使电子越过禁带跃迁入空的导带，而在价带中留下一个空穴，形成电子-空穴对。这种由于电子在带与带之间的跃迁所形成的光吸收过程称为本征吸收。
实验证明，对半导体材料而言，即使是波长比本征吸收限 λ 0 长的光波，往往也可以被材料吸收。也就是说，当光子能量小于半导体禁带宽度时，依然有可能存在吸收。这说明，除了半导体的本征吸收外，还存在其他的光吸收过程，主要包括激子吸收、杂质吸收、自由载流子吸收和晶格振动吸收等。研究这些过程，对于了解半导体的性质以及扩大半导体的利用，都有很大的意义。
1．激子吸收
在本征吸收限处， hv 0 = E g ，光子的吸收恰好形成一个在导带底的电子和一个在价带顶的空穴。这样形成的电子是完全摆脱了正电中心束缚的“自由”电子，空穴也同样是“自由”空穴。由于本征吸收产生的电子和空穴之间没有相互作用，它们能相互独立地受到外加电场的作用而改变运动状态，因而使电导率增大（即产生光电导）。实验证明，当光子能量 hv 0 ≥ E g 时，本征吸收形成连续光谱。但在低温时发现，某些晶体在本征连续吸收光谱出现以前，即 hv 0 ＜ E g 时，就已出现一系列吸收线；并且发现，对应于这些吸收线并未伴有光电导。可见，这种吸收并不引起价带电子直接激发到导带，而形成所谓的“激子吸收”。
如果光子能量 hv 0 小于 E g ，价带电子受激发后虽然跃出了价带，但还不足以进入导带而成为自由电子，仍然受到空穴的库仑场作用。实际上，受激电子和空穴互相束缚而结合在一起成为一个新的系统，这种系统称为激子，这样的光吸收称为激子吸收。激子在晶体中某一部位产生后，可以在整个晶体中运动；但由于它作为一个整体是电中性的，因此不形成电流。激子在运动过程中可以通过两种途径消失：一种是通过热激发或其他能量的激发使激子分离成为自由电子或空穴；另一种是激子中的电子和空穴通过复合，使激子淬灭而同时放出能量（发射光子或同时发射光子和声子）。
2．自由载流子吸收
对于一般半导体材料，当入射光子的频率不够高，不足以引起电子从带到带的跃迁或形成激子时，仍然存在着吸收，而且其强度随波长增大而增加。给出了这种在本征吸收限以外长波方向不断增强的吸收作用。这是自由载流子在同一带内的跃迁所引起的，称为自由载流子吸收。自由载流子吸收时，导带里电子吸收光子的能量，并移动到导带里一个更高的空的能态（空穴相应地留在价带）。
与本征跃迁不同，自由载流子吸收中，电子从低能态到较高能态的跃迁是在同一能带内发生的。但这种跃迁过程同样必须满足能量守恒和动量守恒关系。与本征吸收的非直接跃迁相似，电子的跃迁也必须伴随着吸收或发射一个声子。因为自由载流子吸收中所吸收的光子能量小于 hv 0 ，一般是红外吸收。
3．杂质吸收
束缚在杂质能级上的电子或空穴也可以引起光的吸收。电子可以吸收光子跃迁到导带能级；空穴也同样可以吸收光子而跃迁到价带（或者说电子离开价带填补了束缚在杂质能级上的空穴），这种光吸收称为杂质吸收。由于束缚状态并没有一定的准动量，在这样的跃迁过程中，电子（空穴）跃迁后的状态的波矢并不受到限制。这说明，电子（空穴）可以跃迁到任意的导带（价带）能级，因而应当引起连续的吸收光谱。引起杂质吸收的最低的光子能量 hv 0 显然等于杂质上电子或空穴的电离能 E 1 。因此，杂质吸收光谱也具有长波吸收限 v ，而 hv 0 = E 1 。一般而言，电子跃迁到较高的能级，或空穴跃迁到较低的价带能级，其发生概率随光子能量增加而逐渐变得很小，因此，吸收光谱主要集中在吸收限 E 1 的附近。由于 E 1 小于禁带宽度 E g ，杂质吸收一定在本征吸收限以外长波方向形成吸收带。显然，杂质能级越深，能引起杂质吸收的光子能量也越大，吸收峰比较靠近本征吸收限。对于大多数半导体，多数施主和受主能级很接近于导带和价带，因此相应的杂质吸收出现在远红外区。另外，杂质吸收也可以是电子从电离受主能级跃迁入导带，或空穴从电离施主能级跃迁入价带。这时，杂质吸收光子的能量应满足 hv 0 ≥ E g - E 1 。
由于杂质吸收比较微弱，特别在杂质浓度较低的情况下，观测更加困难。一般来说，对于浅杂质能级， E 1 较小，只能在低温下。只有当大部分杂质中心未被电离时，才能够观测到这种杂质吸收。
4．晶格振动吸收
在晶体吸收光谱的远红外区，有时还发现一定的吸收带，这是晶格振动吸收形成的。在这种吸收中，光子能量直接转换为晶格振动动能。对离子晶体或离子性较强的化合物，存在较强的晶格振动吸收带。在Ⅲ-Ⅴ族化合物如GaAs及半导体Ge、Si中，也都观察到了这种吸收带。
如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子将进入p-n结区，甚至更深入到半导体内部，就会将电子从价带激发，并在p-n结附近将产生“电子-空穴”对。由于内建电场的存在，界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的n区和空穴向带负电的p区运动。通过界面层的电荷分离，将在p区和n区之间产生一个向外的可测试电压。如果将p-n结和外电路相连，则电路中出现电流。该现象称为光生伏特现象或光生伏特效应。光生伏特效应是太阳能电池的基本原理，也是光电探测器等器件的工作原理。在光激发下多数载流子浓度一般改变很小，而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研究光生少数载流子的运动。
光电池工作时共有三部分电流：光生电流 I 、在光生电压 V 作用下的p-n结正向电流和流经外电路的电流，都流经p-n结内部，但方向相反。正是由于光生电流和光生电势的产生，使得p-n结可能向外电路提供电流和功率。但是，光生电势降低了空间电荷区的势垒，类似于在p-n结上加上正向电场，使得p-n结产生了正向电流的注入，方向与光生电流相反，导致p-n结提供给外电路的电流减少。