醫工交叉、材料創新、能源革新，合工大科研“多點開花”

目錄

1. 醫學圖像處理領域取得新進展

2. 光電轉換器件研究取得新進展

3. 雙極直流配電網研究獲系列成果

醫學圖像處理領域取得新進展

儀器科學與光電工程學院生物醫學工程系劉羽教授團隊在組織病理圖像分割研究方向取得新進展。相關研究成果以“DPFR: Semi-supervised gland segmentation via density perturbation and feature recalibration”為題發表在醫學圖像處理領域頂級期刊《Medical Image Analysis》（IF：11.8）上。

組織病理圖像是癌癥評估的重要依據，在結直腸癌和前列腺癌的診斷中，腺體結構的形態特征是腫瘤分級的重要參考信息，而腺體結構的自動分割是獲得這些量化信息的關鍵基礎。與傳統完全依賴人工逐像素標注的全監督方法相比，半監督分割利用少量標注樣本和大量未標注數據進行訓練，在保證分割精度的同時減少對人工精細標注的依賴，從而降低標注成本并提升大規模數據利用效率。然而，在組織病理圖像中，腺體常呈現形態多變、相互粘連、邊界不清等特點，且前景與背景紋理相似，導致模型容易出現類別混淆與邊界識別不穩定，嚴重影響分割精度。

針對上述問題，團隊提出了基于密度擾動與特征重校準的半監督方法DPFR：構建歸一化流密度估計器對腺體、輪廓與背景的特征分布進行建模，并利用梯度引導的密度擾動增強特征可分性；同時引入對比學習驅動的特征重校準模塊，緩解類間混淆，降低粘連對邊界分割的不利影響。實驗結果表明，DPFR能夠取得優于現有主流半監督方法的分割性能。該項研究提出的半監督腺體分割方法在減少對大規模精細標注依賴的同時顯著提升了分割效果，為結直腸癌與前列腺癌組織病理圖像的自動分析提供了理論方法和關鍵技術支撐，對于上述疾病的智能診斷具有重要意義。

圖. DPFR方法總體架構示意圖：（a）特征密度學習；（b）密度擾動生成與注入；（c）特征矯正模塊

合肥工業大學為論文的唯一署名單位。儀器科學與光電工程學院博士研究生余杰江為論文的第一作者，劉羽教授為論文的通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金（U23A20294、62576132）、教育部基礎學科和交叉學科突破計劃（JYB2025XDXM109）等項目的資助。

論文鏈接：

光電轉換器件研究取得新進展

微電子學院陳俊偉副教授、許俊教授聯合蘇州大學李亮教授在硒硫化銻（Sb2(S,Se)3）光電轉換器件研究中取得新進展。研究團隊創新性提出順序硫-硒離子梯度工程（SIGE）策略來調控Sb2(S,Se)3薄膜的能帶結構與缺陷密度，成功制備出高性能的Sb2(S,Se)3光電轉換器件，為金屬硫族化合物光電器件的發展提供了新思路。相關研究成果發表在國際著名學術期刊《Journal of Energy Chemistry》上。

圖1. SIGE策略對Sb2(S,Se)3薄膜缺陷鈍化、作用機制與光伏器件性能的影響

Sb2(S,Se)3作為新一代光吸收半導體材料，具有原料豐富、環境友好、制備成本低、光吸收系數高（>105·cm-1）及帶隙可調（1.1–1.7 eV）等優勢，展現出良好的應用前景。然而，采用水熱法制備的Sb2(S,Se)3薄膜通常面臨縱向陰離子（例如，S2-/Se2-離子）分布不均勻、深能級缺陷較多等問題，限制了載流子的有效傳輸與器件性能的進一步提升。傳統的后硒化熱處理工藝不僅依賴復雜設備與高溫環境，且硒蒸氣濃度難以均勻調控，易引起Se/S比例失衡、晶界損傷及界面空隙等問題，成為制約器件性能突破的關鍵瓶頸。

為克服上述困難和挑戰，研究團隊開發了一種新型的順序硫-硒離子梯度工程策略。該策略采用“先優先硫離子摻入、后受控硒離子注入”的分步調控模式，在原子尺度上同步實現了能帶結構優化與關鍵缺陷鈍化，同時保持了Sb2(S,Se)3薄膜的結構完整性。采用SIGE策略優化的Sb2(S,Se)3光電器件，實現了10.84%的光電轉換效率與0.584V的開路電壓（Voc）。其中，0.584V是目前公開報道的基于硒代硫酸鈉體系Sb2(S,Se)3器件的最高Voc值。該研究建立了一種可順序調控陰離子梯度、協同實現缺陷鈍化與界面優化的研究框架，為深入理解并進一步提升金屬硫族化合物光電轉換器件的效率提供了新的方法論支持與技術路徑。

圖2. Sb2(S,Se)3薄膜的元素分布、微觀結構及Se/Sb原子比變化趨勢

圖3. Sb2(S,Se)3薄膜的DLTS缺陷分析（種類與能級）及相關光譜表征

論文鏈接：

雙極直流配電網研究獲系列成果

電氣與自動化工程學院楊曉東副教授依托電能高效高質轉化全國重點實驗室，聯合華中科技大學等單位，在雙極直流配電網互聯設備拓撲、運行優化領域取得系列研究進展。相關研究成果分別以“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”為題發表在電氣領域知名期刊《IEEE Transactions on Smart Grid》和《IEEE Transactions on Sustainable Energy》上。

圖1. 構建的直流柔性軟開關（DC-SOP）拓撲及結構

雙極直流配電網采用正、負極對稱供電結構，具備直流負荷和分布式光伏高效承載、靈活接入等優勢。然而，在源-荷隨機波動和多饋線并行運行條件下，極間及饋線間功率分布易出現不均，傳統設備難以獨立滿足多維度的潮流調控需求。針對上述問題，研究團隊面向雙極直流配電網提出了一種直流柔性軟開關（DC-SOP）拓撲結構，并引入解耦控制策略。該裝置通過多端口柔性互聯結構，實現正、負極及不同饋線之間功率交換的獨立可控，有效避免了傳統結構中端口功率相互耦合所帶來的調控受限問題，從設備層面為極間與饋線間的精細化功率調節提供了有力支撐。

圖2. DC-SOP四象限解耦控制框圖及四象限可行域圖

基于該解耦控制特性，團隊進一步將DC-SOP應用于雙極直流配電網的四象限潮流調控中，通過主動調節功率流向與幅值，實現功率在不同極及不同饋線之間的四象、連續傳輸。相較于以單向或局部調節為主的傳統方式，四象限潮流調控在統一控制框架下實現了多維功率的靈活重構，顯著增強了復雜運行條件下的直流配電網潮流調節能力與運行適應性，為提升直流配電網運行靈活性與穩定性提供了新的技術路徑。該工作發表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工業大學為第一完成單位和通訊單位，博士研究生張程嘉為論文第一作者，楊曉東為論文通訊作者。

此外，該團隊還針對多電壓等級雙極直流配電網中電壓耦合復雜、電壓調控需求差異化、調控對象多樣化等問題，提出了一種綜合電壓治理策略。多電壓等級配電網已成為當前配電系統的普遍形態，受電壓層級差異及接入設備類型多樣性的影響，不同電壓等級配電網在運行特性和調控目標上呈現出顯著差異，對應配置的調控手段與設備體系亦不盡相同。針對上述問題，團隊構建了多電壓等級雙極直流配電網的協同電壓調控模型，通過統一描述不同電壓層級及正、負極之間的電壓耦合關系，實現跨電壓層級、跨極性的協調調節。該模型將直流變壓器、互聯設備及分布式調節資源納入統一協調框架，明確各電壓層級與極間的調控邊界與交互機制，為多電壓等級系統下的電壓協同控制奠定了模型基礎。

圖3. 多電壓等級雙極直流配電網綜合電壓調控框架

基于所構建的協同調控模型，團隊實現了多電壓等級雙極直流配電網的綜合電壓調控，根據不同電壓層級及極間的動態分配調節裕度，有效抑制負荷波動與新能源不平衡接入引起的多樣化電壓問題。相較于傳統分層、分區的獨立調節方式，該方法在統一協調機制下提升了系統電壓支撐能力與調節效率，顯著改善了復雜運行條件下的多電壓等級直流配電網整體電壓質量。該工作發表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工業大學為第一完成單位和通訊單位，楊曉東為論文的第一作者，丁立健教授為論文通訊作者，博士研究生張程嘉為論文的合作作者。

圖4. 提出的綜合電壓調控方法與已有方法的性能對比

近年來，研究團隊持續聚焦智能配用電系統運行與控制關鍵技術研究，圍繞柔性配電系統優化運行、雙極直流配電技術、人工智能在新型電力系統中的應用等方向開展了系統性探索，已在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustain. Energy等國際權威期刊發表學術論文100余篇。相關研究成果在國家電網公司多項智能電網示范工程項目中得到應用，有效提升了以新能源為主體的新型配用電系統的安全、經濟與靈活運行能力。

上述研究得到了國家自然科學基金委面上項目(52377090)、聯合基金重點項目(U22B20116)和中央高校基本科研業務費項目(JZ2025HGTG0270)的資助。

論文鏈接：；

來源 | 儀器科學與光電工程學院 微電子學院

電氣與自動化工程學院

圖片 | 李振豪 皮致遠

編輯 | 張豪

責編 | 衛婷婷 楊樂丁

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

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