三、碳化硅晶片下游應用分析
1.功率器件
現有的功率器件大多基于硅半導體材料，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用新需求。碳化硅功率器件以其優異的耐高壓、耐高溫、低損耗等性能，能夠有效滿足電力電子系統的高效率、小型化和輕量化要求，在新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網等領域具有明顯優勢。
經過近30年研究和開發，碳化硅襯底和功率器件制造技術在近年逐步成熟，并快速推廣應用，正在掀起一場節能減排和新能源領域的巨大變革。碳化硅功率器件的應用領域如下圖所示：
資料來源：Yole Development
根據IC Insights《2019 年光電子、傳感器、分立器件市場分析與預測報告》， 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展，全球功率器件的銷售額預計將持續保持增長。預計2018 至2023 年期間，全球功率器件的銷售額復合年增長率達到 3.3%，2023 年全球功率器件收入將達到 192 億美元。
根據 IHS Markit 數據，2018 年碳化硅功率器件市場規模約3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅動，以及電力設備等領域的帶動，預計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過100億美元，碳化硅襯底的市場需求也將大幅增長。
數據來源：IHS Markit
2.新能源汽車
碳化硅功率器件應用于電機驅動系統中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統的體積、重量和成本，提高功率密度。碳化硅器件應用于車載充電系統和電源轉換系統，能夠有效降低開關損耗、提高極限工作溫度、提升系統效率，目前全球已有超過 20 家汽車廠商在車載充電系統中使用碳化硅功率器件；碳化硅器件應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.光伏發電
在光伏發電應用中，基于硅基器件的傳統逆變器成本約占系統10%左右，卻是系統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 結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50 倍，從而能夠縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器的未來發展趨勢。在組串式和集中式光伏逆變器中，碳化硅產品預計會逐漸替代硅基器件。預計2025年全球光伏逆變器中碳化硅功率器件占比將達50%。
數據來源：CASA、中商產業研究院整理
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