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三、碳化硅晶片下游應(yīng)用分析

1.功率器件

現(xiàn)有的功率器件大多基于硅半導(dǎo)體材料，由于硅材料物理性能的限制，器件的能效和性能已逐漸接近極限，難以滿足迅速增長和變化的電能應(yīng)用新需求。碳化硅功率器件以其優(yōu)異的耐高壓、耐高溫、低損耗等性能，能夠有效滿足電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化要求，在新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。

經(jīng)過近30年研究和開發(fā)，碳化硅襯底和功率器件制造技術(shù)在近年逐步成熟，并快速推廣應(yīng)用，正在掀起一場節(jié)能減排和新能源領(lǐng)域的巨大變革。碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域如下圖所示：

資料來源：Yole Development

根據(jù)IC Insights《2019 年光電子、傳感器、分立器件市場分析與預(yù)測報告》， 2018 年全球功率器件的銷售額增長率為14%，達到163億美元。未來，隨著碳化硅和氮化鎵功率器件的加速發(fā)展，全球功率器件的銷售額預(yù)計將持續(xù)保持增長。預(yù)計2018 至2023 年期間，全球功率器件的銷售額復(fù)合年增長率達到 3.3%，2023 年全球功率器件收入將達到 192 億美元。

根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)，2018 年碳化硅功率器件市場規(guī)模約3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動，以及電力設(shè)備等領(lǐng)域的帶動，預(yù)計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將超過100億美元，碳化硅襯底的市場需求也將大幅增長。

數(shù)據(jù)來源：IHS Markit

2.新能源汽車

碳化硅功率器件應(yīng)用于電機驅(qū)動系統(tǒng)中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。碳化硅器件應(yīng)用于車載充電系統(tǒng)和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠有效降低開關(guān)損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)效率，目前全球已有超過 20 家汽車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅功率器件；碳化硅器件應(yīng)用于新能源汽車充電樁，可以減小充電樁體積，提高充電速度。

3.光伏發(fā)電

在光伏發(fā)電應(yīng)用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。使用碳化硅MOSFET 或碳化硅MOSFET 與碳化硅SBD 結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50 倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器的未來發(fā)展趨勢。在組串式和集中式光伏逆變器中，碳化硅產(chǎn)品預(yù)計會逐漸替代硅基器件。預(yù)計2025年全球光伏逆變器中碳化硅功率器件占比將達50%。

數(shù)據(jù)來源：CASA、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理