# Wie schneidet man mehrteilige Solarzellen besser?

> Eine Nano-Energy-Studie der Soochow-Universität widerlegt 20 Jahre Branchenweisheit: Bei schnittschonender Bearbeitung sammelt tatsächlich die p-n-Übergangsseite

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- ** 2026-08-05
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## Wie schneidet man mehrteilige Solarzellen besser?

**Kurze Antwort:** Das Schneiden einer vollständigen Zelle in Hälften, Drittel oder kleinere Stücke erhöht die Modulleistung, indem der Strom, den jeder Streifen führt, reduziert wird, was den ohmschen Verlust im Ribbon verringert. Der Nutzen skaliert herunter, je kleiner der Streifen wird, und die mechanischen Kosten skalieren herauf. Drei Ansätze dominieren. Laserritzen gefolgt von mechanischem Brechen ist am schnellsten und führt die geringste thermische Belastung ein, aber die Qualität der Bruchkante hängt von der Ritz­tiefe ab. Vollständiges Laserschneiden trennt die Zelle allein mit dem Strahl und liefert eine sauberere Kante bei geringerer Geschwindigkeit. Thermische Lasertrennung kombiniert einen Laser mit einem Kühlschritt, sodass der Riss entlang eines kontrollierten Pfades propagiert. Die relevanten Dimensionen reichen von einer Laserwellenlänge von 532 nm über Strukturgrößen nahe 1 µm und 20 µm bis 100 µm, und die Streifenspannung ist niedrig — etwa 0,55 V —, sodass die Gewinne aus dem Widerstand und nicht aus der Spannung stammen.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

## Einführung

TOPCon, SHJ- und BC-Zellen" title="Wie lassen sich mehrteilige Solarzellen besser schneiden? Die kontraintuitive Wahrheit über Randverluste bei n-Typ TOPCon-, SHJ- und BC-Zellen"/>

Auf der Jagd nach höherer Modulleistung schneiden Ingenieure oft eine große Zelle in 1/2, 1/3 oder sogar mehr "kleine Zellen" und verbinden sie dann in Reihe und parallel innerhalb eines Moduls wieder. Ziel ist es, den Strom zu reduzieren und den ohmschen Leistungsverlust zu verringern. Aber jeder einzelne Schnitt hinterlässt eine unpassivierte "Wunde" entlang der Zellkante. Diese Wunden werden zu Ladungsträgerfallen und beeinträchtigen die Leerlaufspannung (Voc) und den Füllfaktor (FF). Je kleiner die Subzelle wird, desto mehr schadet dieser Kantenrekombinationsverlust.

Die heute gängigste Industriemethode, "Laserrillen + mechanisches Spalten" (L&C), hinterlässt entlang des Schnitts ernsthafte thermische Schäden. Und seit Jahren ist man sich in der Branche einig: Das Ritzen auf der p-n-Übergangsseite verursacht den größten Schaden, daher ist "die p-n-Übergangsseite der Hauptengpass für Kantenverluste". Diese Überzeugung führte zum Standardtrick des "Ritzens von der n-n+-Seite, um den p-n-Übergang zu schützen".

Aber spiegelt dieser weithin akzeptierte "gesunde Menschenverstand" wirklich das intrinsische elektrische Verhalten des p-n-Übergangs wider? Oder ist es nur ein Artefakt der Laserhitze?

## Kernergebnis: Ein intrinsisches elektrisches Verhalten, das den Konsens bricht

Ein Forschungsteam am FUNSOM-Institut der Soochow-Universität veröffentlichte Arbeiten in Nano Energy, die eine neue schnittschonende Schneidemethode namens "45°-Rotationsspalten" verwenden. Sie umgeht geschickt den thermischen Laserschaden und untersucht das reale intrinsische elektrische Verhalten der p-n-Übergangskante. Das Ergebnis überraschte die Branche:

Bei schnittschonendem Schneiden ist die Kantenladungsträgersammeleffizienz auf der p-n-Übergangsseite tatsächlich höher als auf der n-n+-Seite. Einfach ausgedrückt: Das Ritzen von der p-n-Übergangsseite ist die bessere Industriestrategie. Das stellt zwanzig Jahre etablierter Praxis auf den Kopf.

## Wie öffnet man die Zellkante, ohne sie zu beschädigen?

Um das "intrinsische elektrische Verhalten des p-n-Übergangs" zu untersuchen, muss man zunächst ein kniffliges Problem lösen. Traditionell [Laserschneiden](https://www.ooitech.com/SC-20P-Automatic-Solar-Cell-Laser-Cutting-Machine-High-Precision-BC-Cell-Processing-Equipment.html) hinterlässt eine wieder aufgeschmolzene und wieder erstarrte Schicht sowie Mikrorisse und eine Ansammlung thermischer Schäden entlang des Randes, und all das verfälscht jede Beobachtung des p-n-Übergangs und des Oberflächenrekombinationsverhaltens. Das Team ging einen anderen Weg und nutzte die anisotrope Spaltnatur von Siliziumkristallen, um eine "45°-Rotationsspaltmethode" vorzuschlagen:

Schritt eins: Den Wafer in der Ebene um 45° drehen.

Schritt zwei: Mit einem Diamantritzer eine flache Linie auf der (100)-Ebene vorritzen.

Schritt drei: Entlang der {110}-Ebenenfamilie spalten, um einen atomar flachen, thermisch unbeschädigten Querschnitt zu erhalten.

Der so erhaltene Kantenquerschnitt behält seine strukturelle und elektrische Integrität. In Kombination mit einer Photospannungs-Bildgebungstechnik mit Mikrometerauflösung kann man das elektrische Verhalten nahe der Kante Punkt für Punkt scannen, ohne den p-n-Übergang zu beschädigen.

Das Experiment verwendete einen 532-nm-Laser (Eindringtiefe etwa 1,3 µm) und erreichte unter einem 50×-Objektiv eine räumliche Auflösung von etwa 1 µm, die ausreicht, um das Abklingverhalten der Photospannung innerhalb von zig Mikrometern von der Kante zu erfassen.

## Experimentelle Ergebnisse

Abbildung 1. Auswirkung des Schneidens auf die Integrität des p-n-Übergangs (a, b), Schema der 45°-Rotationsspaltmethode (c, d) und Schemata der drei hocheffizienten Zellstrukturen (e-g).

Abbildung 1a zeigt den traditionellen L&C-Prozess, der auf der p-n-Übergangsseite ritzt: Zuerst ätzt ein Laser eine Nut auf der Zelloberfläche (die Lasermarkierung), dann bricht mechanische Kraft die Zelle auseinander. Abbildung 1b ist der REM-Querschnitt der Kante nach dem L&C-Schneiden. Man kann deutlich sehen, dass der Schnitt in zwei Zonen geteilt ist. Der obere Teil ist die "Laserabtragungszone", die eine offensichtliche wiederaufgeschmolzene und wiedererstarrte Morphologie zeigt. Der untere Teil ist die "spannungsgetrennte Zone", die durch mechanische Kraft gerissen wurde und viele unregelmäßige Mikrorisse und Schmelzseen hinterlässt. Dieser thermische Schaden ist genau das, was den Anstieg des Leckstroms und den Rückgang der Zellleistung verursacht.

Bemerkenswert: Wenn der Laser auf der p-n-Übergangsseite ritzt, wird der p-n-Übergang selbst durch die Hitze völlig zerstört. Das "Phänomen", das die Industrie immer sah, dass "die p-n-Übergangsseite der Engpass für Kantenverluste ist", ist also tatsächlich ein Artefakt thermischer Schäden.

Abbildung 1c zeigt das hier vorgeschlagene 45°-Rotationsspaltverfahren: Der Wafer wird um 45° um die In-Ebene-Achse gedreht, die (100)-Ebene mit einem Diamantritzer geritzt und dann entlang der {110}-Spaltebene aufgerissen. Abbildung 1d ist das REM-Bild der gespaltenen Kante, Maßstabsbalken 20 µm. Der Querschnitt ist extrem flach und sauber, ohne jegliche Schmelzspuren, wodurch die Struktur und elektrische Integrität des p-n-Übergangs perfekt erhalten bleiben. Das ist der Schlüssel zur Untersuchung des "intrinsischen Verhaltens".

Diese Arbeit betrachtet drei gängige n-Typ-Hocheffizienz-Zelltechnologien: TOPCon, SHJ und TBC. Sie haben ein gemeinsames Merkmal. Auf einem n-Typ-c-Si-Substrat tragen sie sowohl einen p-n-Übergang (Homo- oder Heteroübergang) als auch einen n-n+-Hoch-Tief-Übergang. Daher liefert die Untersuchung ihres Kantenverhaltens direkte Anleitung für die reale industrielle Produktion.

Abbildung 2. Photospannungsanalyse der Vorderseitenkante von TOPCon-, SHJ- und TBC-Zellen.

Abbildung 2a zeigt den 532-nm-Laser, der von der Zellvorderseitenkante nach innen scannt, in Verbindung mit einem XY-Präzisionstisch und einem elektrischen Verstärker, um das Photospannungssignal in Echtzeit aufzuzeichnen und schließlich eine 2D-Photospannungskarte zu erstellen. Abbildung 2b ist das Photospannungsbild der Vorderseite von TOPCon, SHJ und TBC (von links nach rechts). Hellere Farbe bedeutet höhere Photospannung. Alle drei Zellen zeigen ein deutliches "Gradientenband" innerhalb von ~100 µm von der Kante, mit niedrigerer Photospannung näher an der Kante. Das ist der direkte Beweis für Kantenrekombinationsverluste.

Beim Vergleich der drei: TOPCon hat die höchste Photospannung (0,40–0,55 V) und sättigt am schnellsten. TBC hat die niedrigste (0,36–0,49 V) und klingt am langsamsten ab, was bedeutet, dass seine Kantenrekombination am schlechtesten ist. Dieses Ergebnis widerspricht der allgemeinen Annahme, dass "der p-n-Übergang der Engpass ist", da die Vorderseite (die lichtzugewandte Seite) normalerweise genau dort liegt, wo sich der p-n-Übergang befindet.

Abbildung 2c normalisiert das Photospannungsprofil, das entlang der schwarzen gestrichelten Linie in Abbildung 2b extrahiert wurde. Alle drei Kurven zeigen "niedrig an der Kante, hoch auf dem Plateau", aber die Sättigungsgeschwindigkeit (die die Kantenrekombinationslänge widerspiegelt) unterscheidet sich deutlich:

- TOPCon: kürzester Abklingbereich, nahezu Sättigung innerhalb von etwa 100 µm, geringster Kantenverlust.
- SHJ: mittlerer Abklingbereich, nahezu Sättigung bei ~200 µm.
- TBC: langsamste Erholung, erstreckt sich bis zu ~500 µm vor vollständiger Sättigung, der schlechteste Kantenverlust.

Abbildung 2d erklärt die Physik hinter den Unterschieden. Ein photogeneriertes Loch hat zwei Möglichkeiten: Es wird von einer Elektrode gesammelt oder es driftet zur Kante und rekombiniert dort.

### TOPCon: Emitter auf der Vorderseite, ultra-kurzer Lochsammelweg

Die Vorderseite ist ein p+ Emitter. Löcher müssen nur den sehr dünnen Emitter durchqueren, um von der Vorderelektrode gesammelt zu werden, sodass die meisten Löcher "nie die Chance haben", den Rand zu erreichen. Gleichzeitig bleibt das starke Feld, das durch p+ Emitter / SiOx / n-poly-Si gebildet wird, auch am Rand wirksam und trennt Ladungsträger schnell. Das ist der grundlegende Grund, warum TOPCon den geringsten Randverlust aufweist.

### SHJ: Vorderseite sammelt Elektronen, Löcher nehmen den langen Weg

Die SHJ-Vorderseite besteht aus n-a-Si:H und sammelt Elektronen. Löcher müssen bis zum p-a-Si:H auf der Rückseite diffundieren, bevor sie gesammelt werden können – ein sehr langer Weg. Hinzu kommt die hochleitfähige TCO-Schicht, die wie eine "Autobahn" wirkt und viele Löcher seitlich zum Rand transportiert, wodurch die Randrekombination deutlich zunimmt.

### TBC: Alle Elektroden auf der Rückseite, totale Vernichtung

Bei TBC befinden sich alle Elektroden auf der Rückseite. Ladungsträger, die an der Vorderseite erzeugt werden, müssen seitlich über die gesamte Waferfläche wandern, um gesammelt zu werden. Schlimmer noch: Die vorderseitige Al2O3-Passivierungsschicht trägt eine große Menge fester negativer Ladung, die eine Löcheransammlungsschicht an der Si-Oberfläche induziert und einen "Lochleitungskanal" bildet, der Löcher noch stärker zum Rand drängt.

Kurzer Hinweis: Das Photovoltaikverhalten der Vorderseite wird hauptsächlich durch zwei Dinge bestimmt: die "Ladungsträgersammeldistanz" und ob ein "lateraler Transportkanal" existiert. Es hat nichts mit der Richtung des p-n-Übergangs selbst zu tun.

Abbildung 3. Analyse der Rand-Photospannung auf der Rückseite von TOPCon-, SHJ- und TBC-Zellen.

Abbildung 3a skizziert den Laser-Scan vom Rand der Rückseite. Abbildung 3b ist die entsprechende 2D-Photospannungskarte. Im Vergleich zu Abbildung 2b zeigen alle drei Zellen eine niedrigere Rückseiten-Photospannung als die Vorderseite (da die Vorderseite normalerweise ein besseres Antireflexionsdesign und eine höhere Lichtausnutzung aufweist). Abbildung 3c zeigt etwas Interessantes: Der "Gewinner" am Rand der Rückseite ist TBC. Obwohl SHJ ebenfalls einen p-n-Übergang auf der Rückseite hat, ist seine Rand-Photospannung tatsächlich niedriger als bei TOPCon, was weiter zeigt, dass die "Position des p-n-Übergangs" nicht der einzige Faktor ist, der den Randverlust bestimmt. Abbildung 3d skizziert den Transportmechanismus der Minoritätsladungsträger auf der Rückseite. Die Rückseite ist besonders: Das rückseitige n-poly-Si enthält eine hohe Konzentration an Elektronen und bildet eine Umgebung mit starkem Feld, die Löcher unterdrückt, aber die Elektronensammlung fördert.

### TOPCon-Rückseite: Die Löcher-"Schnellspur" wird unterdrückt

Die hohe Elektronenkonzentration im rückseitigen n-poly-Si unterdrückt den Löchertransport. Löcher müssen das gesamte n-Typ c-Si-Substrat durchqueren, um den vorderseitigen p+ Emitter zu erreichen, bevor sie gesammelt werden. Dieser "Langstreckentransport" macht die rückseitige Photospannung im Allgemeinen niedriger, reduziert aber auch die Anzahl der Löcher, die den Rand erreichen.

### SHJ-Rückseite: Der Heteroübergang ist stark, aber das TCO ist ein zweischneidiges Schwert

Der n-Typ c-Si / p-a-Si:H Heteroübergang von SHJ bietet tatsächlich eine stärkere Ladungsträgertrennung als TOPCon, aber sein TCO hat einen niedrigen lateralen Widerstand und "kurzschließt" immer noch einen beträchtlichen Teil der Löcher zum Rand. Das Ergebnis: Starke Trennfähigkeit bedeutet nicht gleich geringer Randverlust.

### TBC-Rückseite: Der Löcher-HSC ist direkt auf der Rückseite, ein Heimvorteil

Der rückseitige HSC von TBC ist direkt den photogenerierten Löchern zugewandt. Ladungsträger werden direkt auf der Rückseite gesammelt, sodass viel weniger zum Rand fließen und die rückseitige Photospannung am schnellsten sättigt.

Kurzer Hinweis: Das Verhalten der rückseitigen Photospannung zeigt einen "umgekehrten" Trend im Vergleich zur Vorderseite. TBC ist auf der Vorderseite am schlechtesten, aber auf der Rückseite am besten, was zeigt, dass "welche Seite dem Licht zugewandt ist" wichtiger ist als "welche Seite der p-n-Übergang ist".

Abbildung 4. Querschnittsmodell der Photospannungsverteilung von TOPCon- und SHJ-Zellen.

Wenn die Abbildungen 2 und 3 die Kante "von der Seite" betrachten, schneidet Abbildung 4 sie "quer". Der Laser scannt direkt auf dem Querschnitt, sodass Sie das gesamte elektrische Verhalten von p-n-Übergang bis n-n+ in einem einzigen Durchgang sehen. Dies ist der originellste Teil der Studie. Abbildung 4a ist die Querschnitts-Photospannungskarte von TOPCon, von links nach rechts die Vorderseite (p+ Emitter / p-n-Übergang) und die Rückseite (n-poly-Si / n-n+-Übergang). Sie können sehen, dass die linke Seite (p-n-Übergang) insgesamt heller ist und die rechte Seite (n-n+) dunkler. Die in Abbildung 4b extrahierte Kurve ist sehr klar: Von der p-n-Übergangsseite zur n-n+-Seite fällt die Photospannung monoton ab, wobei die gesamte Abklingregion etwa 100 µm beträgt. Dieses Ergebnis lehnt die traditionelle Ansicht, dass "der p-n-Übergang der Engpass für Kantenverluste ist", klar ab, da unter Bedingungen geringer Schädigung die p-n-Übergangsseite stattdessen die Zone mit hoher Photospannung ist. Abbildung 4c liefert den physikalischen Grund: Auf der p-n-Übergangsseite (p+ Emitter) müssen die Minoritätsträger (Löcher) nur eine kurze Strecke zurücklegen, um gesammelt zu werden, während auf der n-n+-Seite (dem n-poly-Si-Bereich) die Löcher das gesamte n-Typ-c-Si überqueren müssen, um den p+ Emitter zu erreichen, ein langer Weg mit hoher Rekombinationswahrscheinlichkeit, daher ist der Verlust größer. Die Abbildungen 4d–f zeigen denselben Trend bei SHJ-Zellen: Vom rückseitigen p-n-Übergang (p-a-Si:H / n-c-Si) zum vorderseitigen n-n+-Übergang (i/n-a-Si:H / n-c-Si) fällt die Photospannung erneut monoton ab. Dass diese Regelmäßigkeit über verschiedene Zellstrukturen hinweg gilt, ist eines der Kernargumente der Studie.

Um dies quantitativ zu beschreiben, leitete das Team ein eindimensionales Minoritätsträger-Diffusionsmodell ab. Abbildung 4g ist das Modellschema, das die Kurve (orange) zeigt, die monoton von der p-n-Übergangsseite (Lochselektiver Kontakt, HSC) zur ESC-Seite (Elektronenselektiver Kontakt, ESC) abfällt. Abbildung 4h vergleicht weiter das Trägerverhalten auf der HSC- und ESC-Seite:

- HSC-Seite: Minoritätsträger (Löcher) werden über eine kurze Distanz gesammelt, geringe Rekombinationswahrscheinlichkeit.
- ESC-Seite: Minoritätsträger müssen eine lange Distanz diffundieren, um den HSC zu erreichen, wobei sie unterwegs stark rekombinieren.
- Der Trägertrennungsmechanismus des p-n-Übergangs hat den doppelten Vorteil von stark dotiertem Kontakt plus passiviertem Kontakt, effizienter als ein einfacher Hoch-Niedrig-Übergang (n-n+).

Kurzer Hinweis: Das Querschnitts-Photospannungsmodell bestätigt quantitativ, dass "die elektrische Leistung der p-n-Übergangsseite besser ist als die der n-n+-Seite", und schlägt die "Minoritätsträger-Diffusionslänge L" als neue Kennzahl zur Bewertung von Kantenverlusten vor.

Abbildung 5. Querschnitts-Photospannungsanalyse einer TOPCon-Zelle, die mit der industriellen thermischen Lasertrennung (TLS) hergestellt wurde.

Um zu überprüfen, ob die Schlussfolgerung aus der 45°-Spaltmethode auch für industrielles Schneiden gilt, verwendete das Team die Methode der "thermischen Laser-Trennung" (TLS) (Abbildung 5a) – zuerst behandelt ein Laser die p-n-Übergangsseite (das Pre-grooving in der Abbildung), dann unterstützt Kühlwasser die Trennung. TLS ist eine der anerkannten schonenden Schneidtechniken von heute. Abbildung 5b ist das Querschnitts-Photospannungsbild der TOPCon-Zelle nach dem TLS-Schneiden: Die linke Seite (p-n-Übergang) ist deutlich heller als die rechte Seite (n-n+). Die quantitative Kurve in Abbildung 5c zeigt, dass die Photospannung vom p-n-Übergang zur Rückseite monoton abfällt, was vollständig mit dem Ergebnis der 45°-Spaltung übereinstimmt.

Wichtige Verifikation: Selbst mit der industriellen TLS-Methode (direktes Schneiden von der p-n-Übergangsseite) zeigt die Photospannung weiterhin den Trend "hoher p-n-Übergang, niedrige n-n+". Dies bedeutet, dass bei schonendem Schneiden der "p-n-Übergang" keineswegs ein Engpass ist, sondern vielmehr der Ort des Vorteils. Die frühere Branchenerfahrung, dass "die p-n-Übergangsseite beim TLS-Schneiden besser abschneidet", wird nun durch Experiment und Theorie bestätigt.

Abbildung 6. Querschnitts-Photospannungsanalyse von TBC- und THBC-Zellen sowie ein Schema der schonenden p-n-Übergangs-Schneidestrategie.

Die Abbildungen 6a und 6b sind die Querschnitts-Photospannungsbilder von TBC- und THBC-Zellen. TBC hat die höchste Photospannung mit 0,39 V, THBC ist etwas niedriger (0,21 V), aber beide zeigen die klare räumliche Verteilung "heller p-n-Übergang, dunkle n-n+". Die in den Abbildungen 6c und 6d extrahierten Kurven folgen dem gleichen Muster wie Abbildung 4: monotoner Abfall vom p-n-Übergang zur n-n+. Besonders erwähnenswert ist das kleine Einschubdiagramm in Abbildung 6c: Die "Richtungsverteilung" der Photospannung für jede Zellstruktur zeigt ein Muster "dicht oben links, spärlich unten rechts", was bedeutet, dass der elektrische Vorteil der p-n-Übergangsseite über Strukturen und Prozesse hinweg universell ist. Abbildung 6e erklärt, was Rückkontaktzellen besonders macht: Der HSC sammelt Löcher "in der Nähe" auf der Rückseite, und der ESC sammelt Elektronen "in der Nähe" auf der Rückseite. Die Minoritätsladungsträger (Löcher), die im p-n-Übergangsbereich erzeugt werden, benötigen nur eine kurze Distanz, um den HSC zu erreichen, sodass der Verlust gering ist; die Minoritätsladungsträger in der n-n+-Region müssen einen langen Weg zurücklegen, sodass der Verlust größer ist. Dieses Muster stimmt genau mit TOPCon und SHJ überein. Basierend auf all diesen Beweisen schlug das Team in Abbildung 6f eine brandneue Schneidestrategie vor:

### Branchenempfehlung

Bei schnittschonendem Lasern (wie TLS) sollten Sie von der p-n-Übergangsseite aus schneiden. Grund: Die p-n-Übergangsseite hat eine höhere Trägertrennungseffizienz plus einen kürzeren Minoritätsträger-Transportweg. Selbst bei einigen Prozessstörungen bleibt die elektrische Leistung anständig. Diese Empfehlung kehrt zwanzig Jahre Branchenpraxis des "Vermeidens der Berührung des p-n-Übergangs" um.

## Ooitechs Ansicht

Ehrlich gesagt ist dies einer dieser Befunde, die leise eine Gewohnheit auf Linienebene neu schreiben, statt eine Schlagzeilen-Spezifikation zu ändern. Die Erkenntnis für jeden, der eine n-Typ-Linie betreibt: Kombinieren Sie Ihr Laser-Schneidrezept mit der eigenen Trägerphysik der Zelle und parken Sie die Ritzlinie nicht blind auf der n-n+-Seite, nur weil das die alte Regel war. Schnittschonende Trennung (TLS-Stil) ist hier der eigentliche Wegbereiter, und genau das Einjustieren dieses Prozesses auf einer Solarzellen-Laserschneidmaschine ist der Punkt, an dem Modulhersteller echte Voc und FF gewinnen oder verlieren. Wir bauen unsere Schneid- und Verkettungsstationen so, dass die Kantenschäden bei TOPCon-, SHJ- und BC-Formaten gering bleiben, sodass diese Art von Forschung direkt auf die Produktion übertragbar ist. Wenn Sie sehen möchten, wie diese Schritte auf einer laufenden Linie aussehen, besuchen Sie den Ooitech-YouTube-Kanal unter [www.youtube.com/ooitech](http://www.youtube.com/ooitech) eine Abonnierung wert.

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