Um elétron livre ocorre na banda proibida de nuvens eletrônicas, em camadas de valência, ao ganhar fótons altamente energéticos. Os elétrons dão o chamado salto quântico e saem da região onde se encontram confinados pelas cargas elétricas e se tornam elétrons livres, saltando a barreira de potencial. Os chamados tunelamentos quânticos também causam o mesmo fenômeno, embora difíceis de ocorrer. Os elétrons ganham energia suficiente, e transpassam a barreira de potencial ao invés de saltá-la. Após o salto, existe a possibilidade da recombinação.