# UVID in TOPCon-Solarzellen: Berührungslose IV-Tests > Eine Studie zur UV-induzierten Degradation (UVID) in TOPCon-Solarzellen unter Verwendung von berührungsloser IV-Testung, ToF-SIMS und Tiefenprofil-XPS zur Aufdeckung von Wasserstoff und ![UVID in TOPCon-Solarzellen: Berührungslose IV-Tests](https://cdn.ooitech.com/static/upload/image/20260804/17aeb9818f648b0a8226d34423b2a293.webp) - ** Jerry - ** 2026-08-04 - ** 271 Aufrufe - ** [Blog](./Blog.html) ## UVID in TOPCon-Solarzellen: Berührungslose IV-Tests **Kurze Antwort:** UVID-Untersuchungen an TOPCon-Zellen verwenden berührungslose IV-Tests, da sich die Degradation über die Expositionszeit entwickelt und die Messung selbst nicht verändern darf, was gemessen wird. Das Kontaktieren einer Zelle zur Aufnahme eines IV-Messwerts beschädigt die Metallisierung geringfügig, was sich über wiederholte Messungen summieren und die Degradationskurve unlesbar machen würde. Berührungslose Methoden lesen die Zelle stattdessen optisch aus, sodass dieselbe Probe durch eine UV-Expositionssequenz verfolgt werden kann. Die Stressbedingungen in dieser Arbeit verwenden UV-Exposition bei 60 °C über die Spektralbereiche 120 nm, 400 nm und 500 nm, wobei die Proben als UV60 bezeichnet werden. Der Vorteil von TOPCon gegenüber früheren Architekturen ergibt sich aus seiner Oberflächenpassivierung und Ladungsträgerselektivität, und UVID ist der Mechanismus, der genau diese Eigenschaften angreift, weshalb es getrennt von der Dampf-Wärme-Leistung verfolgt wird. PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech ## Einführung [TOPCon](https://www.ooitech.com/what-is-topcon-solar-cell-a-complete-guide-to-tunnel-oxide-passivated-contact-technology.html) Solarzellen dominieren heute den PV-Markt dank starker Oberflächenpassivierung und ladungsträgerselektiver Kontakte. Der Betrieb im Freien offenbart jedoch eine echte Schwachstelle: UV-induzierte Degradation, oder UVID. Nach UV60-Bestrahlung sinkt der Wirkungsgrad um bis zu 6,72 %. Die meisten früheren Arbeiten führten UVID auf hochenergetische Photonen zurück, die Si-H-Bindungen brechen und freien Wasserstoff freisetzen. Das ist nur ein Teil der Geschichte. Das solare UV-Spektrum umfasst einen weiten Energiebereich von 3,1–4,43 eV, daher geht seine Wechselwirkung mit den vorderseitigen Schichten weit über einen einzelnen Si-H-Bruchpfad hinaus. Und der vorderseitige Al₂O₃ / SiNₓ-Stapel ist gegen UV deutlich schwächer als die Rückseite. Ein berührungsloser IV-Tester hilft hier sehr. Er ist zerstörungsfrei, verbraucht keine Verbrauchsmaterialien, arbeitet im Millisekundenbereich, funktioniert mit BC- und busbarlosen Designs und erfasst IV-, EQE- und PL-Parameter in einem einzigen Durchgang. Diese Studie verwendet ToF-SIMS und Tiefenprofil-XPS, um die Elementverteilung und chemischen Bindungsänderungen in den Al₂O₃ / SiNₓ-Schichten vor und nach UV60 zu verfolgen. Das Ergebnis: Der N-H-Bindungsbruch ist neben Si-H eine zweite Wasserstoffquelle. Al-O-Bindungen in amorphem Al₂O₃ werden durch UV gebrochen und erzeugen eine große Anzahl von Sauerstofffehlstellen. Die Wasserstoff- und Sauerstoffmechanismen addieren sich und verschlechtern die Oberflächenrekombination, was eine klare Richtung zur Verbesserung der Passivierungszuverlässigkeit vorgibt. ## Experimentelle Methode (a) Schematische Struktur einer TOPCon-Solarzelle (b) symmetrische Frontstrukturprobe (c) symmetrische Rückstrukturprobe Symmetrische Frontstrukturproben (SiNₓ/Al₂O₃/n-Si/Al₂O₃/SiNₓ) und symmetrische Rückstrukturproben (mit SiOₓ/n⁺-poly-Si-Schicht) wurden hergestellt. Die UV-Alterung wurde auf Modulebene durchgeführt. Die Lichtquelle war hauptsächlich UV-A mit etwa 11 % UV-B, bei 60 °C und 30 % Luftfeuchtigkeit. Spektrale Bestrahlungsstärke der UV-Lichtquelle ## Front- vs. Rückstruktur: UV-Beständigkeit im Vergleich Änderungen von (a) τeff bei einer Injektionsladungsträgerkonzentration von 1×10¹⁵ cm⁻³, (b) iVoc und (c) einseitigem J₀ für symmetrische Front- und Rückstrukturproben während der UV-Bestrahlung Die symmetrische Rückseitenstruktur degradierte nach 60 kWh·m⁻² UV-Bestrahlung kaum. Ihre 120 nm dicke poly-Si-Schicht absorbiert fast das gesamte UV-Licht und bietet einen effektiven Schutz. Die Frontstruktur erzählte eine andere Geschichte. τeff fiel von 2895,6 μs auf 1552,8 μs. iVoc sank von 735,5 mV auf 715,2 mV. Einseitiges J₀ stieg auf 18,4 fA·cm⁻², etwa das Dreifache des Anfangswerts. Die Al₂O₃ / SiNₓ-Passivierung degradierte stark. ## Entwicklung der chemischen Zusammensetzung Intensitätstiefenprofile von (a) Wasserstoff und (b) Sauerstoff in der polierten symmetrischen Frontstrukturprobe vor und nach UV60, gemessen mit ToF-SIMS ToF-SIMS zeigt, dass die Wasserstoffkonzentration nach UV-Bestrahlung deutlich ansteigt, insbesondere innerhalb der SiNₓ-Schicht. N-1s-XPS-Tiefenprofilierung zeigt, dass an der SiNₓ / Al₂O₃-Grenzfläche der N–H-Bindungsanteil von 9,64 % auf 5,97 % fiel. Die N–H-Bindungsspaltung ist also die zweite Wasserstoffquelle neben Si–H. Der freigesetzte Wasserstoff diffundiert in Richtung der SiNₓ-Oberflächenregion und rekombiniert dort mit Silizium, weshalb der N–H-Anteil in der Nähe dieser Oberfläche tatsächlich ansteigt. Sauerstoff erzählt eine ebenso wichtige Geschichte. Der Sauerstoff in der Al₂O₃-Schicht nahm leicht ab, während der Sauerstoff an den Grenzflächen SiNₓ/Al₂O₃ und Al₂O₃/Si zunahm. Dies deutet auf das Aufbrechen von Al–O-Bindungen und die Auswanderung von freiem Sauerstoff hin. Die Al–O-Bindungsenergie in einem idealen Kristall beträgt etwa 5,3 eV. In amorphem Al₂O₃ jedoch fangen unterkoordinierte Aluminiumionen und Sauerstoffleerstellen Elektronen ein und werden negativ geladen, wodurch die Aktivierungsenergie für den Bruch benachbarter Al–O-Bindungen auf etwa 2,4 eV sinkt. Das bedeutet, dass 400-nm-UV-Licht (3,1 eV) ausreicht, um sie zu brechen. N-1s-Tiefenprofil-XPS-Spektren an verschiedenen Grenzflächen der Al₂O₃/SiNₓ-Schicht vor und nach UV60, mit angepassten Kurven für N–Si- (397,5 eV) und N–H-Bindungen (399,5 eV) O-1s-XPS zeigt, dass Gittersauerstoff (OI) in Sauerstoffleerstellen (OII) umgewandelt wird. In den Al-2p-Spektren fiel der Al₂O₃-Anteil von 69,99 % auf 60,36 %, während Al–OH von 30,01 % auf 39,64 % anstieg. In den Si-2p-Spektren nahm Si²⁺ zu, während Silizium mit höherer Wertigkeit abnahm. Die bei der Bildung von Sauerstoffleerstellen freigesetzten Elektronen reduzieren Silizium aus höheren Oxidationsstufen. Zusammengenommen zeigen diese Veränderungen in der Sauerstoff-, Aluminium- und Siliziumbindung, dass die Qualität des Al₂O₃-Films bereits gelitten hat. ## Verschlechterung der elektrischen Leistung EQE- und Reflexionskurven der TOPCon-Solarzelle vor und nach UV60 Änderung des Frontkontaktwiderstands der TOPCon-Solarzelle während der UV60-Bestrahlung Die Reflektanz blieb nach UV60 im Wesentlichen unverändert. Die EQE zeigte einen moderaten Abfall im kurzwelligen Bereich unter 500 nm, was auf eine stärkere Rekombination an der Vorderseitenoberfläche hindeutet. Der Kontaktwiderstand der Vorderseite stieg nahezu linear mit der UV-Dosis an und erreichte 4,1 mΩ·cm², etwa 8,6-mal höher. Die Ursache: Freier Wasserstoff und Sauerstoff, die in der Passivierungsschicht erzeugt werden, diffundieren zur Elektrodengrenzfläche und nehmen an Redoxreaktionen teil. UV wandelt auch Wassermoleküle auf der Silberoberfläche in Hydroxylradikale um, und zusammen korrodieren sie die Metallelektrode. Abbauraten der elektrischen Leistung während UV60-Belastung: (a) Voc (b) Jsc (c) FF (d) Eff Voc fiel relativ um 3,46 %, verursacht durch die Verschlechterung der Vorderseitenpassivierung und den Anstieg von J₀. FF fiel um 2,82 %, verursacht durch den höheren Kontaktwiderstand der Vorderseite. Jsc fiel nur um 0,64 %, da der EQE-Verlust im kurzwelligen Bereich begrenzt war. Der endgültige Verlust der photoelektrischen Umwandlungseffizienz betrug 6,72 %. ## Fazit Die vordere SiNₓ/Al₂O₃-Struktur von TOPCon-Zellen ist gegenüber UV weitaus schwächer als die hintere Struktur. Unter UV brechen Si–H- und N–H-Bindungen nacheinander und setzen freien Wasserstoff frei. Al–O-Bindungen in amorphem Al₂O₃ brechen unter UV, setzen freien Sauerstoff frei und erzeugen eine große Anzahl von Sauerstoffleerstellen. Al₂O₃ wandelt sich in Richtung Al–OH um und die Siliziumvalenz verschiebt sich. Diese beiden Degradationsmechanismen, Wasserstoff und Sauerstoff, überlagern sich und verschlechtern die Oberflächenrekombination. Hinzu kommt der starke Anstieg des Kontaktwiderstands der Vorderseite, was zu einem Effizienzverlust von 6,72 % führt. Die Arbeit bietet eine nützliche Referenz zum Verständnis von TOPCon-UVID und zur Verbesserung der Langzeitzuverlässigkeit von Passivierungsschichten. ## Ooitechs Ansicht UVID zeigt immer wieder, dass der vordere Schichtstapel der Ort ist, an dem die Zuverlässigkeit wirklich auf die Probe gestellt wird. Daher ist es genauso wichtig, wie Sie die SiNₓ/Al₂O₃-Abscheidung und Verkapselung auf einer Modullinie aufbauen und steuern, wie das Zellrezept. Auf unseren schlüsselfertigen TOPCon- und PERC-Modullinien sehen wir dieselbe Lektion beim Layup, der Lamination und der EL-Seite: Kleine Prozessentscheidungen bestimmen, ob Paneele jahrelang im Freien halten. Wenn Sie mehr praxisnahe Einblicke vom Fabrikboden möchten, besuchen Sie den Ooitech-YouTube-Kanal unter [www.youtube.com/ooitech](http://www.youtube.com/ooitech) eine Abonnierung wert. Verwandt: [TOPCon UVID und die Aufteilung in r-UVID / ir-UVID](https://www.ooitech.com/topcon-uvid-reversible-and-irreversible-uv-degradation.html) erklärt, warum dasselbe Modul je nach Zeitpunkt der Messung unterschiedlich ausfällt. ## Weiterführende Literatur und Hintergrunddaten Öffentlich zugängliches Referenzmaterial zu diesem Thema, veröffentlicht von den Organisationen, die die Technologie-Roadmap und die Marktdaten der Branche pflegen: - [Fraunhofer ISE — Photovoltaik-Bericht](https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html) - [U.S. Department of Energy — Photovoltaik](https://www.energy.gov/eere/solar/photovoltaics) - [VDMA — Internationale Technologie-Roadmap für Photovoltaik (ITRPV)](https://www.vdma.org/international-technology-roadmap-photovoltaic) --- ##### Schlagwörter: ![](/template/ooitech/assets/img/shape/06.png) ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h700_fitblur_v2_w800_h700_fitblur_v2_1757399770541443.webp) ### Angebot anfordern Alle Uploads sind sicher und vertraulich. ## Wir liefern Fachwissen, dem Sie vertrauen können unseren Service Direkt ab Werk Ausrüstung. ![](/template/ooitech/assets/img/icon/money-2.svg) ### Kosteneffektive Vorteile Wir liefern außergewöhnlichen Wert, maximieren Ergebnisse und optimieren Budgets für Kunden. ![](/template/ooitech/assets/img/icon/staff.svg) ### Unser erfahrenes Team Unsere qualifizierten Fachkräfte spezialisieren sich auf innovative Lösungen und maßgeschneiderte Strategien. ![](/template/ooitech/assets/img/icon/certified.svg) ### 15+ Jahre Branchenerfahrung Tiefes Fachwissen gewährleistet zuverlässige, trendbewusste und bewährte Ergebnisse für den Erfolg. ![](https://cdn.ooitech.com/static/upload/image/20250910/1757477357667605.webp ) ![](https://cdn.ooitech.com/static/upload/image/20250910/1757477724911512.webp) ![](/template/ooitech/assets/img/shape/06.png) ## Was unsere Kunden sagen über uns Kundenreferenzen loben unser tiefes Verständnis ihrer Herausforderungen, das zu innovativen Lösungen und starkem ROI führt. Langfristige Kooperationen – einige über ein Jahrzehnt – zeigen ihr Vertrauen und ihre Zufriedenheit. Ihre Erfolgsgeschichten treiben uns an, die Erwartungen ständig zu übertreffen. [Mehr erfahren **](#quote-form) ![](/template/ooitech/assets/img/icon/quote.svg) Dank an Ooitech für die Bereitstellung der vollautomatischen Produktionsausrüstung – Ihre Installation und Ihr Kundendienst waren ausgezeichnet. ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_2026041720921238.webp) ### Amjad ![](/template/ooitech/assets/img/icon/quote.svg) Dank an Ooitech für die Bereitstellung hochgeeigneter BC-Solarzellen-Experimentiergeräte. ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_1776426122864564.webp) ### KTECH ![](/template/ooitech/assets/img/icon/quote.svg) Vielen Dank für ooitechs professionelle Unterstützung und den pünktlichen Kundendienst. ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_1784509010217979.webp) ### Diarra aus Afrika ![](/template/ooitech/assets/img/icon/quote.svg) Nochmals vielen Dank für die sehr große Hilfe bei der Verbesserung und Reparatur der Fabrik sowie für die Schulung der Arbeiter im Umgang mit den Maschinen. ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_1757479675272137.webp) ### Mark BIPV Philippinen ![](/template/ooitech/assets/img/icon/quote.svg) Ein Mann mit einer großen Seele. 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Die freundlichste Person und ein Profi auf seinem Gebiet ![](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_2026041716444445.webp) ### Jizzakh Polytechnic Institute ## Unsere neuesten Produkte ![GC-1500 EVA/TPT Online-Schneide- & Legemaschine](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_1774350387657887.webp) - [** Rachael](./gc-1500-eva-tpt-online-cutting-and-laying-machine-automatic-solar-panel-eva-backsheet-cutter-ooitech.html) - [** 37538](./gc-1500-eva-tpt-online-cutting-and-laying-machine-automatic-solar-panel-eva-backsheet-cutter-ooitech.html) ### GC-1500 EVA/TPT Online-Schneide- & Legemaschine Die GC-1500 EVA/TPT Online-Schneide- & Legemaschine von Ooitech bietet automatisches Schneiden und Legen von EVA, POE und Backsheet für die Solarpanel-Produktion ![OPT-M960B EL- & VI-Tester: 0,1mm/Pixel, Intel i7](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_1774351816741704.webp) - [** Rachael](./solar-panel-el-tester-and-vi-tester-machine-opt-m960b-m951b-m950b-ooitech-solar-module-el-testing-equipment.html) - [** 43738](./solar-panel-el-tester-and-vi-tester-machine-opt-m960b-m951b-m950b-ooitech-solar-module-el-testing-equipment.html) ### OPT-M960B EL- & VI-Tester: 0,1mm/Pixel, Intel i7 Ooitech bietet professionelle Solarpanel-EL-Tester und VI-Tester-Maschinen (OPT-M960B, OPT-M951B, OPT-M950B) mit SONY Industriekameras ![C350-SZM Band-Busbar-Biege- und Schneidemaschine: 2-8mm](https://cdn.ooitech.com/runtime/image/w800_h600_fitblur_v2_2026032780265832.webp) - [** Rachael](./PV-Bus-Door-Glyph-Bend-Cutting-Machine-C350-SZM-Advanced-Solar-Module-Interconnect-Forming-Equipment.html) - [** 46937](./PV-Bus-Door-Glyph-Bend-Cutting-Machine-C350-SZM-Advanced-Solar-Module-Interconnect-Forming-Equipment.html) ### C350-SZM Band-Busbar-Biege- und Schneidemaschine: 2-8mm C350-SZM Busbar-Biege- und Schneidemaschine – programmierbares Einzel-/Doppelbiegen für verzinnte Kupfer-Busbars. 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