一种直接收集‑光电‑热电复合式同位素电池,包括放射源和换能结构,同位素电池为柱状结构,换能结构两端分别装配电池正极与电池负极;换能结构包括金属衬底、真空腔体、透明电荷收集板、光电组件与热电组件;放射源设于柱状金属衬底侧面,透明电荷收集板设在放射源侧面外围且两者之间设置真空腔体,透明电荷收集板外侧面依次装配第一透明绝缘衬底、光电组件、第二透明绝缘衬底与热电组件;光电组件、热电组件两端分别设第一、第二电学输出电极;换能结构表面及其电池正极、负极包覆缓冲垫,缓冲垫外表面依次设置内封装、外封装散热层。该电池具有能量转换效率高、输出功率大、环境适用性强、工作稳定性好、使用寿命长的特点。