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本发明公开了直接收集-辐射电离-光电-热电同位素电池及其制备方法。该同位素电池包括:换能结构、正极、负极、缓冲垫、内封装层、外封装散热层和绝缘环。其中,换能结构包括:金属衬底、放射源镀层、耐高温绝热密封垫、透明电荷收集板、电解质溶液、第一透明绝缘衬底、光电组件、第一电学输出电极、第二透明绝缘衬底、热电组件和第二电学输出电极。耐高温绝热密封垫包括第一密封垫和第二密封垫。该直接收集-辐射电离-光电-热电同位素电池能够突破传统静态型同位素电池存在单一换能、能损较大的技术瓶颈,具有能量转换效率高、输出功率大、工作稳定性好等特点。