医工交叉、材料创新、能源革新，合工大科研“多点开花”

目录

1. 医学图像处理领域取得新进展

2. 光电转换器件研究取得新进展

3. 双极直流配电网研究获系列成果

医学图像处理领域取得新进展

仪器科学与光电工程学院生物医学工程系刘羽教授团队在组织病理图像分割研究方向取得新进展。相关研究成果以“DPFR: Semi-supervised gland segmentation via density perturbation and feature recalibration”为题发表在医学图像处理领域顶级期刊《Medical Image Analysis》（IF：11.8）上。

组织病理图像是癌症评估的重要依据，在结直肠癌和前列腺癌的诊断中，腺体结构的形态特征是肿瘤分级的重要参考信息，而腺体结构的自动分割是获得这些量化信息的关键基础。与传统完全依赖人工逐像素标注的全监督方法相比，半监督分割利用少量标注样本和大量未标注数据进行训练，在保证分割精度的同时减少对人工精细标注的依赖，从而降低标注成本并提升大规模数据利用效率。然而，在组织病理图像中，腺体常呈现形态多变、相互粘连、边界不清等特点，且前景与背景纹理相似，导致模型容易出现类别混淆与边界识别不稳定，严重影响分割精度。

针对上述问题，团队提出了基于密度扰动与特征重校准的半监督方法DPFR：构建归一化流密度估计器对腺体、轮廓与背景的特征分布进行建模，并利用梯度引导的密度扰动增强特征可分性；同时引入对比学习驱动的特征重校准模块，缓解类间混淆，降低粘连对边界分割的不利影响。实验结果表明，DPFR能够取得优于现有主流半监督方法的分割性能。该项研究提出的半监督腺体分割方法在减少对大规模精细标注依赖的同时显著提升了分割效果，为结直肠癌与前列腺癌组织病理图像的自动分析提供了理论方法和关键技术支撑，对于上述疾病的智能诊断具有重要意义。

图. DPFR方法总体架构示意图：（a）特征密度学习；（b）密度扰动生成与注入；（c）特征矫正模块

合肥工业大学为论文的唯一署名单位。仪器科学与光电工程学院博士研究生余杰江为论文的第一作者，刘羽教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（U23A20294、62576132）、教育部基础学科和交叉学科突破计划（JYB2025XDXM109）等项目的资助。

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光电转换器件研究取得新进展

微电子学院陈俊伟副教授、许俊教授联合苏州大学李亮教授在硒硫化锑（Sb2(S,Se)3）光电转换器件研究中取得新进展。研究团队创新性提出顺序硫-硒离子梯度工程（SIGE）策略来调控Sb2(S,Se)3薄膜的能带结构与缺陷密度，成功制备出高性能的Sb2(S,Se)3光电转换器件，为金属硫族化合物光电器件的发展提供了新思路。相关研究成果发表在国际著名学术期刊《Journal of Energy Chemistry》上。

图1. SIGE策略对Sb2(S,Se)3薄膜缺陷钝化、作用机制与光伏器件性能的影响

Sb2(S,Se)3作为新一代光吸收半导体材料，具有原料丰富、环境友好、制备成本低、光吸收系数高（>105·cm-1）及带隙可调（1.1–1.7 eV）等优势，展现出良好的应用前景。然而，采用水热法制备的Sb2(S,Se)3薄膜通常面临纵向阴离子（例如，S2-/Se2-离子）分布不均匀、深能级缺陷较多等问题，限制了载流子的有效传输与器件性能的进一步提升。传统的后硒化热处理工艺不仅依赖复杂设备与高温环境，且硒蒸气浓度难以均匀调控，易引起Se/S比例失衡、晶界损伤及界面空隙等问题，成为制约器件性能突破的关键瓶颈。

为克服上述困难和挑战，研究团队开发了一种新型的顺序硫-硒离子梯度工程策略。该策略采用“先优先硫离子掺入、后受控硒离子注入”的分步调控模式，在原子尺度上同步实现了能带结构优化与关键缺陷钝化，同时保持了Sb2(S,Se)3薄膜的结构完整性。采用SIGE策略优化的Sb2(S,Se)3光电器件，实现了10.84%的光电转换效率与0.584V的开路电压（Voc）。其中，0.584V是目前公开报道的基于硒代硫酸钠体系Sb2(S,Se)3器件的最高Voc值。该研究建立了一种可顺序调控阴离子梯度、协同实现缺陷钝化与界面优化的研究框架，为深入理解并进一步提升金属硫族化合物光电转换器件的效率提供了新的方法论支持与技术路径。

图2. Sb2(S,Se)3薄膜的元素分布、微观结构及Se/Sb原子比变化趋势

图3. Sb2(S,Se)3薄膜的DLTS缺陷分析（种类与能级）及相关光谱表征

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双极直流配电网研究获系列成果

电气与自动化工程学院杨晓东副教授依托电能高效高质转化全国重点实验室，联合华中科技大学等单位，在双极直流配电网互联设备拓扑、运行优化领域取得系列研究进展。相关研究成果分别以“Design of Flexible DC-SOP Toward Four-quadrant Power Flow Control in Bipolar Distribution Networks”和“Comprehensive Voltage Regulation for Multi-Voltage Bipolar DC Distribution Systems”为题发表在电气领域知名期刊《IEEE Transactions on Smart Grid》和《IEEE Transactions on Sustainable Energy》上。

图1. 构建的直流柔性软开关（DC-SOP）拓扑及结构

双极直流配电网采用正、负极对称供电结构，具备直流负荷和分布式光伏高效承载、灵活接入等优势。然而，在源-荷随机波动和多馈线并行运行条件下，极间及馈线间功率分布易出现不均，传统设备难以独立满足多维度的潮流调控需求。针对上述问题，研究团队面向双极直流配电网提出了一种直流柔性软开关（DC-SOP）拓扑结构，并引入解耦控制策略。该装置通过多端口柔性互联结构，实现正、负极及不同馈线之间功率交换的独立可控，有效避免了传统结构中端口功率相互耦合所带来的调控受限问题，从设备层面为极间与馈线间的精细化功率调节提供了有力支撑。

图2. DC-SOP四象限解耦控制框图及四象限可行域图

基于该解耦控制特性，团队进一步将DC-SOP应用于双极直流配电网的四象限潮流调控中，通过主动调节功率流向与幅值，实现功率在不同极及不同馈线之间的四象、连续传输。相较于以单向或局部调节为主的传统方式，四象限潮流调控在统一控制框架下实现了多维功率的灵活重构，显著增强了复杂运行条件下的直流配电网潮流调节能力与运行适应性，为提升直流配电网运行灵活性与稳定性提供了新的技术路径。该工作发表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工业大学为第一完成单位和通讯单位，博士研究生张程嘉为论文第一作者，杨晓东为论文通讯作者。

此外，该团队还针对多电压等级双极直流配电网中电压耦合复杂、电压调控需求差异化、调控对象多样化等问题，提出了一种综合电压治理策略。多电压等级配电网已成为当前配电系统的普遍形态，受电压层级差异及接入设备类型多样性的影响，不同电压等级配电网在运行特性和调控目标上呈现出显著差异，对应配置的调控手段与设备体系亦不尽相同。针对上述问题，团队构建了多电压等级双极直流配电网的协同电压调控模型，通过统一描述不同电压层级及正、负极之间的电压耦合关系，实现跨电压层级、跨极性的协调调节。该模型将直流变压器、互联设备及分布式调节资源纳入统一协调框架，明确各电压层级与极间的调控边界与交互机制，为多电压等级系统下的电压协同控制奠定了模型基础。

图3. 多电压等级双极直流配电网综合电压调控框架

基于所构建的协同调控模型，团队实现了多电压等级双极直流配电网的综合电压调控，根据不同电压层级及极间的动态分配调节裕度，有效抑制负荷波动与新能源不平衡接入引起的多样化电压问题。相较于传统分层、分区的独立调节方式，该方法在统一协调机制下提升了系统电压支撑能力与调节效率，显著改善了复杂运行条件下的多电压等级直流配电网整体电压质量。该工作发表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工业大学为第一完成单位和通讯单位，杨晓东为论文的第一作者，丁立健教授为论文通讯作者，博士研究生张程嘉为论文的合作作者。

图4. 提出的综合电压调控方法与已有方法的性能对比

近年来，研究团队持续聚焦智能配用电系统运行与控制关键技术研究，围绕柔性配电系统优化运行、双极直流配电技术、人工智能在新型电力系统中的应用等方向开展了系统性探索，已在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustain. Energy等国际权威期刊发表学术论文100余篇。相关研究成果在国家电网公司多项智能电网示范工程项目中得到应用，有效提升了以新能源为主体的新型配用电系统的安全、经济与灵活运行能力。

上述研究得到了国家自然科学基金委面上项目(52377090)、联合基金重点项目(U22B20116)和中央高校基本科研业务费项目(JZ2025HGTG0270)的资助。

论文链接：；

来源 | 仪器科学与光电工程学院 微电子学院

电气与自动化工程学院

图片 | 李振豪 皮致远

编辑 | 张豪

责编 | 卫婷婷 杨乐丁

投稿邮箱 | hfutxcb404@163.com

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