工业生产中,新型能源的监测与利用的重要性日益凸显,其中能量的有效转换是关键。电子信息、光通信、动力能源、高效储能等领域对太阳能、核能等新型能源的高效获取、转换和存储的需求与日俱增。近年来,一维半导体纳米材料成为新型能源换能研究领域的焦点,其在介观物理和纳米器件中具有独特的应用。其中,直接带隙宽禁带半导体氧化锌（Zinc Oxide,ZnO）纳米线/纳米棒因其稳定的理化特性、独特的表面性质、高水平的击穿电场和电子饱和速度以及经济性优势,成为光-电转换、核-电转换等能量转换研究中的高效换能材料之一。然而,现有的基于一维ZnO纳米结构的光-电转换器件,无论是光电导型还是光伏型光电探测器都存在能量转换效率较低、器件制备过程繁杂、量产化可能性低等不足。单一的一维ZnO纳米结构通常有其自身的缺点,如缺乏内建电场来分离电子空穴对、与平面电极接触时的高界面电阻等。针对上述问题,本工作开展了基于贝塔（β）辐射伏特效应和光伏效应的研究,为解决微器件和微系统领域的能源问题和传感问题提供了一种可行有效的方案。本文的主要工作和创新如下:（1）提出基于一维ZnO纳米结构贝塔伏特电池的数学物理模型和蒙特卡罗模型。基于贝塔伏特效应计算ZnO贝塔伏特电池的理论能量转换效率;利用蒙特卡罗方法建立ZnO一维阵列结构的β能量沉积模型,提出结构中ZnO纳米棒的最优物理尺寸。（2）研制具有高效电荷传输机制的贝塔伏特电池,并实现β辐射-电及光-电转换的双工换能特性。以放射性同位素63Ni作为β放射源,利用金属性单壁碳纳米管（SWCNTs）层对ZnO纳米棒阵列（ZNRAs）进行界面优化并作为柔性载流子传输层;研究了 SWCNTs/ZNRAs复合结构中SWCNT的最优复合量,得到电池的输出功率密度为7.78 nA/cm2,能量转换效率为3.58%。另外,以导电玻璃一侧为进光窗口,实现了器件的紫外-可见光光伏输出性能。（3）提出一种基于“面对面”一维ZnO纳米棒阵列结构的自供能型紫外光电探测器（UVPD）。在两种基底上制备ZNRAs结构,通过惰性气体退火处理分别形成肖特基接触和欧姆接触,再通过面对面方式组装并封装成UVPD器件;与单侧ZNRAs结构相比,面对面型UVPD实现了“1+1>2”的光电响应增强性能;进一步地,调控两侧ZNRAs的物理尺寸来优化其光响应性能,单位面积光响应度2.45 mA/W,低强度紫外光照（50 μW/cm2）下的比探测率为4.17×109 Jones;长时间开-关循环测试（4250 s）的电流平衡率为93.5%。（4）提出基于低维碳材料复合的一维ZnO无序网络结构的光电导型光电探测器。通过将二维石墨烯和一维单壁碳纳米管分别与一维ZnO纳米线形成复合网络结构来进行纳米线网络的界面优化,提升器件的光响应性能。进一步地,对石墨烯/ZnO、碳纳米管/ZnO两种复合结构进行系统的光-电转换性能对比研究,包括光电导特性、光响应度、瞬态光响应、光导增益、比探测率、光响应速率、调制光响应能力、调制带宽增益以及光-电转换原理等。