同位素电池技术在航天航空、深空探索中具有重要的应用意义。然而目前的同位素电池输出功率较低、辐照损伤效应较为严重,严重制约了其实际应用与发展。本文针对以上问题,提出了一种新型可满足空间应用要求的基于60Co放射源的辐致伏特/光伏效应多级同位素电池,并围绕电池的材料参数、结构设计、样品制备以及γ辐照损伤效应展开了一系列的研究工作,具体研究内容如下:1)对双重效应多级同位素电池的材料与结构展开了优化设计。采用MCNP5、肖克莱方程、Kubelka-Munk理论进行了理论计算与分析,研究了辐致光伏、辐射伏特两种效应产生的电学输出贡献比重。探究了闪烁晶体厚度、伏特层串并联方式与电池性能的响应关系。研究了不同闪烁晶体和伏特层之间的耦合关系,获得了最优的“CsI闪烁晶体+GaAs伏特层”组合。采用PHITS蒙卡程序,确定了双重效应多级换能组件的整体尺度大约为20 cm,并在该尺度上实现了多级结构的优化设计。在10 Ci ⁶⁰Co放射源照射下,当每一级CsI闪烁晶体厚度为2 cm且各级伏特层串联连接时,电池可获得理论最佳的最大输出功率为1.71 mW、内转换效率为4.31%。2)制备了基于“LYSO+GaAs”和“CsI+GaAs”的双重效应同位素电池样品,并分别测试了不同类型电池样品的性能参数。分别讨论了GaAs伏特层中基区厚度、减反射膜与双重效应之间的响应关系,结果表明有减反膜的厚基区样品可以获得较优的双重效应响应。测试分析了LYSO和CsI闪烁晶体的透射率、发射光谱、相对光子产额等物理参数。结果表明CsI晶体与LYSO晶体相比具有较高的光子产额,但LYSO晶体的透射率优于CsI晶体。在0.103 kGy/h剂量率的60Co放射源照射下,优化后的双重效应多级同位素电池获得了1.69μA的短路电流、7.77V的开路电压、7.98μW的最大输出功率以及0.15%的转换效率,性能得到了极大的提升。3)研究了高强度γ辐照环境下,双重效应多级同位素电池的GaAs伏特层材料以及LYSO、CsI闪烁晶体材料的辐照损伤效应。研究结果表明,造成GaAs伏特层性能下降的原因主要是γ射线照射引入了缺陷,导致载流子的收集效率降低,而GaAs耗尽区宽度及內建电压只发生了微小的变化。经13.6 kGy的γ辐照后,LYSO和CsI闪烁晶体的特征发射光谱没有发生明显偏移,只是引起了相对光子产额的小幅下降。这是由于色心效应导致的透射率下降,从而引起相对光子产额小幅下降。本文创新性的提出了一种新型的基于60Coγ放射源的辐射伏特/光伏双重效应多级同位素电池。经过设计与优化,电池获得了可观的电学输出,具备直接为低功耗电子设备供电的能力,有力的推动了同位素电池的应用进程。