碳化硅功率器件可提高能源转换效率，新能源汽车和充电桩驱动市场快速成长

常见的碳化硅功率器件主要是碳化硅功率二极管、碳化硅MOSFET及碳化硅功率模块，未来有望分别替代快恢复二极管和硅基IGBT。

1 ）碳化硅功率二极管：SiC SBD（肖特基二极管）可替换FRD（快恢复二极管）。碳化硅功率二极管可显著降低开通损耗，在开关频率较高的应用中具有明显优势，目前成熟度最高的是 SiC SBD。用SiC SBD 替换现在主流产品 FRD，可减少恢复损耗，有利于电源的高效率化，终端应用有空调、电源、光伏发电系统的功率调节器、电动汽车的快速充电器等；

2 ）碳化硅MOSFET ：未来有望替代硅基 IGBT。用SiC MOSFET 替代IGBT，能有效减少开关损耗，实现散热部件的小型化。另外，碳化硅 MOSFET 能够在高频条件下驱动，满足严苛应用场景需求。碳化硅 MOSFET主要应用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中；

3 ）碳化硅 功率模块：可分为混合 碳化硅 功率模块和全碳化硅 功率模块。①混合碳化硅功率模块用 SiC SBD替换Si FRD，可显著提高工作频率，与同等额定电流的 SiIGBT 模块相比，开关损耗大幅降低。②全碳化硅功率模块采用SiC SBD和SiC MOSFET一体化封装，解决了Si IGBT及FRD导致的功率转换损耗较大问题，在高频范围中推动了外围部件向小型化发展。

Si基IGBT与SiC基MOSFET对比（40kHz）

资料来源：应用材料官网

预计2025年全球碳化硅功率器件市场规模为25.62亿美元，新能源汽车、光伏和储能、充电桩为主要应用领域。据Yole数据，2019年全球碳化硅市场规模为5.41亿美元，其中主要应用场景及占比分别为：新能源汽车（42%）、光伏和储能系统（23%）、PFC/电源供应（20%）。全球碳化硅市场规模预计将以30%的CAGR增长至2025年的25.62亿美元。预计2025年新能源汽车、光伏和储能、充电桩市场规模分别为15.53/3.14/2.25亿美元，新能源汽车占比扩大至61%。此外，新能源汽车充电桩将成为碳化硅下游增长最快的应用，2019-2025年CAGR有望达到90%。此外，碳化硅功率器件在智能电网、风力发电、工业电源、航空航天等领域也已经实现成熟应用，伴随着各类产业的快速发展，碳化硅功率器件的需求将不断增加。

2019~2025年全球碳化硅功率器件市场规模（美元）预测及下游应用领域拆分

资料来源：Yole

新能源汽车：和充电桩设施：2019~2025年，新能源汽车和充电桩带来的功率碳化硅器件市场规模CAGR可达40.62%，增速最快。新能源汽车主要包括逆变器、OBC（车载充电器）和DC/DC变流器，2019年新能源汽车和充电桩设施带来的功率SiC器件市场规模2.3亿美元，预计2019~2025将以40.62%的CAGR增长至17.78亿美元，二者合计占比达到69%，是SiC下游最大的应用，也是增长最快的应用。

新能源汽车和充电桩设施是碳化硅功率器件的主要应用领域，使用于汽车逆变器、OBC和电流转换系统，可提升汽车主逆变器的功率密度和系统效率，提高充电桩的充电速度。①电机驱动系统的主逆变器：SiC功率器件能显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提高功率密度，特斯拉上海工厂和比亚迪在其电机控制器的逆变器中已经采用了SiCMOSFET的芯片作为核心功率器件，其中特斯拉Model3车型采用了24个SiCMOSFET为功率模块的逆变器。

②车载充电系统和电源转换系统：SiC功率器件能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率，目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件。③新能源汽车充电桩：SiC功率器件可减小充电桩体积，提高充电速度。

SiC基对产品在汽车领域不是对Si基产品的全面替代，其优势主要体现在高功率场景下。四驱大功率高级轿车和高级SUV等续航里程长、电池容量大的车型，通常需要大功率支持，使用碳化硅做主驱设计有助于提升功率密度，有效降低电池装载量。但对于普通城市家用小型电动车，电池装机量较小，SiC基器件的综合优势相比Si基IGBT不太明显，主机厂更倾向于选择综合性价比更好的Si基器件。

SiC功率器件在新能源汽车上的应用

资料来源：英飞凌

SiC功率器件减小体积且增加续航

资料来源：英飞凌

2021年1~10月全球新能源汽车销量达485万辆，预计渗透率将稳步提升，2021年1~11月国内新能源汽车销量为299万辆，国内新能源车占总销量的比例达12.73%。1）根据Frost&Sullivan数据，2020年全球新能源汽车销量达295万辆，占全年汽车销量比例为3.31%，cleantechnica统计2021年1~10月全球新能源汽车销量为485万辆。根据英飞凌数据，预计2023年全球新能源汽车渗透率将超过25%，预计2027年全球新能源汽车渗透率将超过50%；2）根据中国汽车工业协会数据，近年来中国汽车年销量处于2500~3000万辆之间，2020年新能源汽车销量136.7万辆，占全年汽车销量比例超5%，2021年1~11月新能源汽车销量为299万辆，同比增长170%，占汽车总销量比例达12.73%，大幅增长。新能源汽车用SiC晶圆需求不断提升，预计2025年中国SiC晶圆需求量占全球的比例可达到46%。。对于SiC晶圆，2021年预计全球折合6英寸SiC-on-SiC晶圆需求超过10万片，其中中国超过7万片，预计到2025年全球和中国折合6英寸SiC晶圆需求将分别达到62.4万片和28.6万片，中国占全球的比例达到46%。预计2021~2025年全球和中国折合6英寸SiC晶圆需求CAGR分别可达57.27%和41.67%，全球增速高于国内增速。

新能源汽车6英寸SiC晶圆需求预测（万片）

资料来源：CASA

光伏和储能系统：2019年光伏和储能带来的SiC功率器件市场规模为1.25亿美元，预计2019~2025年将以17%的CAGR增长至至3.14亿美元，占碳化硅市场比例达12.3%。

光伏和储能系统是碳化硅器件的重要应用领域之一，采用碳化硅功率器件的光伏逆变器可以提高转换效率、降低损耗。

在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右，但却是系统能量损耗的主要来源之一。光伏逆变器使用SiCMOSFET和SiCSBD结合的功率模块后，转换效率可以提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。在组串式和集中式光伏逆变器中，碳化硅器件预计会逐步替代硅基器件。

预计2020~2030年全球光伏年度新增装机规模CAGR为9.1%，到2025年光伏逆变器中的碳化硅功率器件占比有望达到50%。根据CPIA数据，2020年全球光伏新增装机规模预计达130GW，创历史新高，在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏市场将快速增长，预计2023年以后全球每年新增装机规模将超过200GW。根据CASA的预测，预计到2025年光伏逆变器中的碳化硅功率器件占比有望达到50%，维持稳健增长。

光伏逆变器中SiC功率器件占比预测

资料来源：CASA