2022年碳化硅行業(yè)市場(chǎng)空間及發(fā)展趨勢(shì)分析

1、2022年碳化硅行業(yè)市場(chǎng)空間及發(fā)展趨勢(shì)分析碳化硅材料具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，在電動(dòng)汽車、軌交、電網(wǎng)等領(lǐng)域都具有可觀的應(yīng) 用前景。碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料，與第一、二代半導(dǎo)體材料相比，具有更寬的禁帶 寬度、更高的熱導(dǎo)率、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的電子遷移率等性能優(yōu)勢(shì)，使得器件有耐 高壓、耐高溫和高頻的性能。體現(xiàn)在產(chǎn)品上，導(dǎo)通損耗低，從而提高效率；簡(jiǎn)化散熱， 從而減小體積；簡(jiǎn)化外圍組件，從而降低其他成本。隨著下游行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體功率器件輕 量化、高轉(zhuǎn)換效率、低發(fā)熱特性需求的持續(xù)增加，碳化硅材料、器件已實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到規(guī) ?；慨a(chǎn)的跨越，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展階段。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要由襯底、外延、器件、應(yīng)用等環(huán)節(jié)組成。碳

2、化硅晶片作為半導(dǎo)體 襯底材料，根據(jù)電阻率不同可分為導(dǎo)電型、半絕緣型。導(dǎo)電型襯底可用于生長(zhǎng)碳化硅外 延片，制成耐高溫、耐高壓的碳化硅二極管、碳化硅 MOSFET 等功率器件，應(yīng)用于新能 源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域；半絕緣型襯底可用于生長(zhǎng) 氮化鎵外延片，制成耐高溫、耐高頻的 HEMT 等微波射頻器件，主要應(yīng)用于 5G 通訊、 衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域。圖：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈下游需求增長(zhǎng)曲線陡峭，全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，到 2025 年， 全球電力電子領(lǐng)域碳化硅市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 30 億美元，較 2020 年的 7 億美元 CAGR 超 過(guò) 37%。具體到細(xì)分領(lǐng)域，

3、隨著成本持續(xù)下降，碳化硅器件與硅基器件價(jià)差逐步縮小， 加速進(jìn)入新能源汽車供應(yīng)鏈；碳化硅材料性能優(yōu)越，能夠高效管理熱量累積、提升太陽(yáng) 能轉(zhuǎn)換效率，有望加速滲透光伏市場(chǎng)；碳化硅器件具有大功率、高效率的性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng) 用于鐵路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，有望打開(kāi)軌交市場(chǎng)；受 5G 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)推動(dòng)，射頻功放器件 市場(chǎng)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，碳化硅襯底市場(chǎng)前景廣闊。1. 電動(dòng)車新能源汽車銷量及滲透率快速提升，是碳化硅市場(chǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力。能源安全、“雙 碳”、工業(yè)自主三大訴求疊加，新能源汽車迎來(lái)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)拐點(diǎn)，進(jìn)入非線性增長(zhǎng)新階段。據(jù)中汽協(xié)和乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)，2021 全年新能源汽車?yán)塾?jì)銷售 352.1 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 158%， 滲

4、透率達(dá) 14.8%，較 2020 年提升 9 pct。展望 2022 年，據(jù)中科院院士歐陽(yáng)明高預(yù)測(cè)，新 能源汽車全年銷量有望達(dá)到 500 萬(wàn)輛，市場(chǎng)滲透率超過(guò) 20%。新能源汽車作為碳化硅的 重要應(yīng)用終端，拉動(dòng)市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。碳化硅優(yōu)越特性加持，伴隨價(jià)格進(jìn)一步下降，有望加速滲透新能源車產(chǎn)業(yè)鏈。碳化 硅材料耐高頻、易散熱、高電流密度、低功率損耗，能夠解決新能源汽車輕量化、續(xù)航 里程、高電平要求等需求痛點(diǎn)，目前主要用于主逆變器，搭載碳化硅功率模塊，部分用 于 OBC 和 DC/DC，搭載單管器件。此前影響碳化硅器件放量的主要約束為成本經(jīng)濟(jì)性 問(wèn)題，現(xiàn)今隨著晶圓生產(chǎn)制造成本下行、與硅基器件價(jià)差持續(xù)

5、縮小，同時(shí)若考慮散熱系 統(tǒng)成本節(jié)約、空間節(jié)約、電驅(qū)系統(tǒng)性能提升和整車價(jià)值躍升等附加價(jià)值，碳化硅器件已 具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。自特斯拉 Model 3 首次使用碳化硅以來(lái)，碳化硅越來(lái)越受到新能源汽車市場(chǎng)青睞。 特斯拉在 2018 年發(fā)布的 Model 3 首次采用了意法半導(dǎo)體供應(yīng)的碳化硅 MOSFET 器件， 被視為碳化硅上車的風(fēng)向標(biāo)事件。隨后，比亞迪、吉利、現(xiàn)代、廣汽、小鵬等車企都發(fā) 布了搭載 800V 高電壓平臺(tái)的車型，部分車企已經(jīng)將量產(chǎn)時(shí)點(diǎn)定在 2022 年。國(guó)內(nèi) 2020 年發(fā)布的比亞迪漢純電動(dòng)高性能四驅(qū)版成為國(guó)內(nèi)首款采用自研碳化硅模塊的車型，功率 密度提升了一倍。通用、豐田、一汽等亦提出了

6、采用碳化硅產(chǎn)品的規(guī)劃。隨著碳化硅器 件持續(xù)降本，更多車型有望使用碳化硅。碳化硅市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算：隨著新能源車銷量增長(zhǎng)，以及碳化硅在各品牌車中的滲透率 提升，碳化硅市場(chǎng)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。僅考慮中國(guó)新能源車市場(chǎng)，預(yù)計(jì)從 2020 的 14.6 億元 增長(zhǎng)到 2024 年的 164.7 億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 83.2%。2. 光伏全球光伏新增裝機(jī)容量持續(xù)上升，碳化硅應(yīng)用市場(chǎng)空間廣闊。隨著光伏投資成本的 下降及發(fā)電效率的提升，近年來(lái)光伏發(fā)電呈高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，2011 至 2020 年裝機(jī)容量復(fù) 合增長(zhǎng)率達(dá)到 28.9%。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球光伏累計(jì)裝機(jī)容 量達(dá)到 760.4GW，

7、占全球新增發(fā)電裝機(jī)的三分之一。據(jù) IEA 預(yù)估，2021 年全球光伏裝 機(jī)容量新增 156.1GW，為達(dá)到 2050 年凈零排放，2020 年-2030 年的全球太陽(yáng)能光伏年 均增量須達(dá)到 422GW。碳化硅主要應(yīng)用于光伏逆變器，可提升轉(zhuǎn)換效率、降低系統(tǒng)成本，有望高速滲透光 伏市場(chǎng)?；诠杌骷膫鹘y(tǒng)逆變器成本雖較低（僅占系統(tǒng) 10%左右），卻是系統(tǒng)能量 損耗的主要來(lái)源之一。而碳化硅材料的擊穿電壓是傳統(tǒng)硅的十倍以上，同時(shí)具有更高的 熱導(dǎo)率、更低的導(dǎo)通電阻、柵極電荷，能夠承受更高的電壓和電流，同時(shí)保留了低壓硅 器件的開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)勢(shì)，確保高轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)雙贏。數(shù)據(jù)顯示，在光伏逆變器中使用碳 化硅功率

8、器件可使轉(zhuǎn)換效率從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，大幅提高 設(shè)備循環(huán)壽命，降低生產(chǎn)成本。據(jù) CASA 預(yù)測(cè)，到 2048 年，光伏逆變器中碳化硅功率 器件占比可達(dá) 85%。經(jīng)我們測(cè)算，碳化硅在光伏領(lǐng)域應(yīng)用潛在成長(zhǎng)空間較大。碳化硅在光伏領(lǐng)域中主要 應(yīng)用于組串式光伏逆變器和集中式光伏逆變器。我們參考 CIIA 光伏逆變器中的組串式 和集中式的占比、CASA 預(yù)測(cè)的碳化硅在光伏逆變器的滲透率，測(cè)算全球光伏領(lǐng)域碳化 硅市場(chǎng)規(guī)模，2025 年有望達(dá)到 75.4 億人民幣。3. 軌交牽引變流器是機(jī)車大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)的核心裝備，碳化硅器件由于具有高溫、高 頻和低損耗特性，能夠降低牽引

9、變流器綜合能耗，提升系統(tǒng)的整體效能，符合軌道交通 大容量、輕量化和節(jié)能的應(yīng)用需求。據(jù)西門子為期一年的碳化硅技術(shù)測(cè)試成果，碳化硅 電車在操作過(guò)程中噪音水平較低，且能源消耗減少約 10%；經(jīng)裝車試驗(yàn)測(cè)試，中車株洲 所與深圳地鐵集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的地鐵列車全碳化硅牽引逆變器在節(jié)能化方面表現(xiàn)優(yōu)異，同 比硅基 IGBT 牽引逆變器的綜合能耗降低 10%以上，中低速段噪聲下降 5 分貝以上，溫 升降低 40以上。碳化硅在軌道交通已有大量應(yīng)用案例。截至 2021 年 12 月，國(guó)內(nèi)已有至少 8 條列車 線路采用了碳化硅技術(shù)，日本、歐洲的軌交牽引系統(tǒng)也大面積采用了碳化硅，僅 2021 年 下半年，日本推出了搭載碳化

10、硅車載設(shè)備、主電路設(shè)備的 E131 Series 500 系列列車；搭 載碳化硅牽引變流器的德國(guó)慕尼黑 Avenio 有軌電車已通過(guò)測(cè)試，正式投入使用；歐洲 PINTA 項(xiàng)目將重點(diǎn)在雙系統(tǒng)有軌電車中使用碳化硅，有望在整個(gè)歐洲推廣。此外，碳化 硅逐步進(jìn)入高鐵領(lǐng)域，如日本 N700S 新干線、西門子 Velaro 列車已引入碳化硅；2019 年底，Cree 與 ABB 宣布達(dá)成合作，助力 Wolfspeed 進(jìn)入高鐵等市場(chǎng)。節(jié)能、高效助推碳化硅滲透，政策環(huán)境積極助力。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的數(shù) 據(jù)，如果全國(guó)城軌全面采用碳化硅，僅 2019 年就可節(jié)省 15.26 億度電，節(jié)省的電量足夠 整個(gè)北京

11、的軌道交通使用。碳化硅滲透軌道交通得到政策支持，2021 年 8 月，交通運(yùn)輸 部提出和發(fā)布的預(yù)期成果包括：形成碳化硅器件應(yīng)用技術(shù)路線及電力電子變壓器應(yīng)用技 術(shù)路線；通過(guò) 3-5 年時(shí)間，在動(dòng)車和城軌牽引系統(tǒng)中完成碳化硅 MOSFET 裝車應(yīng)用。據(jù)我們測(cè)算，僅在軌交牽引變流器領(lǐng)域，2025 年全球碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 33.8 億元，5 年 CAGR 為 29.2%；到 2025 年，中國(guó)軌交牽引系統(tǒng)碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模 將達(dá)到 11.3 億元，5 年 CAGR 為 29.5%。4. 充電樁我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長(zhǎng)，碳化硅應(yīng)用前景廣闊。中國(guó)充電樁市場(chǎng)規(guī)模 在 2015 年至 2020

12、 年總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由 2015 年的 12.5 億元增長(zhǎng)到 2020 年的 65.3 億 元，CAGR 達(dá)到 39.2%。根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至 2021 年 12 月，全國(guó)充電基 礎(chǔ)設(shè)施保有量達(dá) 261.7 萬(wàn)臺(tái)，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共類充電樁 114.7 萬(wàn)臺(tái)，同比 增長(zhǎng) 56.4%，其中直流充電樁 47.0 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 52.1%。碳化硅主要應(yīng)用于直流充電 樁中，其高功率能夠提升充電效率、縮短充電時(shí)間，有望實(shí)現(xiàn)加速滲透。2016 年至 2020 年中國(guó)新能源車樁比逐步改善，碳化硅在充電樁的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)隨 新能源車增長(zhǎng)快速放量。根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟和公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，初步計(jì)算我

13、國(guó)車樁比從 2016 年的 4.27 下降到了 2021 年的 3.00。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方 案指引和工信部的規(guī)劃，預(yù)計(jì)到 2025 年我國(guó)車樁比應(yīng)在 2:1 到 3:1 之間，到 2030 年 接近 1:1 的合理值。新能源汽車作為運(yùn)輸工具低碳轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力，即將進(jìn)入快速發(fā) 展期，與之相匹配的公共基礎(chǔ)配套設(shè)施充電樁也將隨之迎來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景，帶動(dòng)碳化 硅市場(chǎng)空間持續(xù)擴(kuò)容。圖：中國(guó)充電樁市場(chǎng)規(guī)模及增速碳化硅在大功率充電領(lǐng)域具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，滲透率有望進(jìn)一步提升。充電樁行 業(yè)發(fā)展主要圍繞著大功率直流快充進(jìn)行，充電模塊是構(gòu)建高功率充電基礎(chǔ)設(shè)施的核心部 分。相較于硅基功率

14、器件，使用碳化硅功率器件可以實(shí)現(xiàn)高功率密度、超小體積，同時(shí) 能夠支持快速充電，因此可以實(shí)現(xiàn)充電模塊的高效化和高功率化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充電速度的 提升和充電成本的降低。參考泰科天潤(rùn)提供的一款基于碳化硅的直流快速充電樁，輸出 功率為 60kw，其體積比同樣輸出功率的硅基充電樁小 30-35%左右，因而能夠通過(guò)散熱 性能和所占空間節(jié)省成本。根據(jù) CASA 的測(cè)算，2019 年碳化硅在直流充電樁的充電模 塊滲透率約 10%，預(yù)期未來(lái)隨著成本的降低，滲透率將進(jìn)一步提升。根據(jù)我們測(cè)算，2025 年我國(guó)應(yīng)用于直流充電樁的碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 27.1 億元，2020-2025 年 CAGR 為 72.7%

15、。5. 射頻全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)快速擴(kuò)張，碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）是主流產(chǎn)品和 技術(shù)解決方案。據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，到 2024 年，全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)將達(dá)到 20 億美元，2018-2024 年 CAGR 約 21%。氮化鎵是極穩(wěn)定的化合物，具有高熱導(dǎo)率、高電離度和化 學(xué)穩(wěn)定性，相較硅和砷化鎵，抗輻照能力更強(qiáng)；同時(shí)氮化鎵又是高熔點(diǎn)材料，熱傳導(dǎo)率 高，通常采用熱傳導(dǎo)率更優(yōu)的碳化硅襯底，因此氮化鎵功率器件具有較高的結(jié)溫，能夠 在高溫環(huán)境下工作。據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，到 2023 年，氮化鎵射頻器件的市場(chǎng)規(guī)模將占 3W 以 上射頻功率市場(chǎng)的 45%，未來(lái) 10 年內(nèi)，氮化鎵將成為射頻應(yīng)用的主流技術(shù)。5G 基站端氮化鎵射頻器件應(yīng)用前景廣闊，帶動(dòng)碳化硅襯底市場(chǎng)空間突破。相比于 4G，5G 的通信頻段往高頻波段遷移，而氮化鎵射頻器件更能有效滿足高功率、高通信 頻段和高效率等要求，在宏基站和回傳領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)主導(dǎo)位置。伴隨