碳化硅市场供需增量在哪？

新能源需求拉动，产能放量为设备投资带来增量。

1. 需求端：新能源车需求领航，光伏应用前景广阔

耐高压+耐高温+低损耗，碳化硅性能优势主要应用于新能源车、光伏领 域。目前碳化硅电力电子器件已经开始应用于新能源车和光伏逆变器中， 后续有望凭借产业链降本增效，在风能、储能、消费电子等领域得到更 广泛的应用，据 Yole 数据，2021 年碳化硅功率器件下游细分市场中， 新能源车占比最高，达 62.8%，能源领域应用占比达 14.1%，工业领域 和运输领域下游应用占比分别为 11.6%和 7.2%。

应用场景 1：新能源汽车主驱逆变器需求领航。同样工况下，相较于硅 基功率器件，碳化硅功率器件具备耐高压、耐高温、大功率和高频工作、 低损耗等优良性能，率先在新能源车领域得到广泛应用，应用场景主要 包括车载电机驱动器、车载充电机（OBC）、DC/DC 转换器以及非车载 的充电桩产品。通过搭载碳化硅基的功率半导体器件，新能源车有望实 现电力电子器件的小型化、轻量化和高效化，也能够削减冷却系统成本、 改善车辆电力消耗、增加整车续航里程，从而降低整车成本。

新能源车应用碳化硅功率器件已具备经济性：按照单电机的纯电动车主 驱 IGBT 器件的价值量约为 1000-1500 元计算，高端车型采用双电机结 构，其单车主驱 IGBT 器件价值量为 2000-3000 元。若 SiC MOSFET 价 格为 Si IGBT 的三倍，则使用碳化硅器件的新增成本约为 4000-6000 元。 据 Wolfspeed 数据，使用 SiC MOSFET 整车可以提升 5%-10%的续航里 程。据 Virtual Capitalist 数据，按照新能源车电池 101$/kWh 计算， 100kWh 电池成本约 10100 $（折合人民币约 70000 元），若通过缩减 5% 电池容量则可降低成本 3500 元，同时考虑到冷却系统成本缩减和损耗 降低带来的电费成本节省，新能源车应用碳化硅功率器件具备良好的经 济性。

我们预计 2026 年新能源车领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸） 将达到 347.3万片/年。根据我们上述测算，碳化硅功率器件已具备应用 经济性，且伴随产业链降本增效，新能源车中碳化硅功率器件渗透率不断提升，至 2026 年碳化硅在新能源车主驱逆变器中的渗透率有望突破 至 30%，而车载充电机、DC/DC 转换器中的碳化硅器件渗透率有望在 2026 年达到 70%，为此我们认为新能源车市场是碳化硅衬底需求的主要 推动力。

预测假设： 1）根据第三代半导体产业技术创新战略联盟 CASA 报告，到 2026 年车 用主逆变器第三代半导体功率器件的渗透率将达到 20%-30%，我们假设 2022-2026 年碳化硅功率器件在新能源车主驱逆变器中的渗透率分别为 15%/20%/27%/32%/35%，2022-2026 年碳化硅功率器件在新能源车其他 车载部件（含车载充电机、DC/DC 转换器）中的渗透率分别为 30%/40%/50%/60%/70%。 2）以特斯拉 Model 3 作为参考，其主驱逆变器采用了 24 个碳化硅模块， 每个碳化硅模块包含 2 个碳化硅裸晶，共计 48 颗 SiC MOSFET。以 Wolfspeed 官网 22kW 双向 OBC 拓扑结构为参考，其采用了 14 颗 SiC MOSFET。以 Wolfspeed 官网 6.6kW DC/DC 转换器拓扑结构为参考，其 采用了 4 颗 SiC MOSFET。以安森美 25 kW 快速电动汽车充电桩模块为 参考，其中用到了 14 颗 SiC MOSFET。 3）根据 Wolfspeed 数据，四英寸、六英寸、八英寸碳化硅衬底能够生产 32mm2 裸晶颗数分别为 199、448、845 颗，所有衬底需求折算为 6 英寸。 4）假设 2022-2026 年单车主驱碳化硅裸晶(32mm2 )耗量分别为 48、50、 54、60、64，新能源车其他部件碳化硅裸晶(32mm2 )耗量分别为 18、18、 20、25、30。 5）假设 2022-2026 年，碳化硅功率半导体器件制造良率缓慢提升，分别 为 60%、62%、64%、66%、68%。

应用场景 2：受益于光伏电站电压、电流等级提升，碳化硅器件应用前 景广阔。近年来光伏电站直流侧电压等级逐渐从 1000V 提升到 1500V， 未来光伏电站电压等级有望进一步提升至 1700V，系统电流也将逐步达 到 20A 的大电流。未来光伏电站高电压、大功率的场景下，若采用硅基 IGBT 器件，系统的拓扑结构会更加复杂、且消耗更多的电子器件，逆变器的体积和重量会进一步增加。通过搭载碳化硅功率器件，光伏逆变器 转化效率能从 96%提升至 99%，能量损耗降低一半以上，极大延长设备 的使用寿命，降低系统冷却要求，缩小设备的体积，减轻系统的重量。

我们预计 2026年光伏领域新增碳化硅衬底需求（折合到六英寸）将达 到 108.4 万片/年。据 CASA 预测，碳化硅功率器件在光伏逆变器领域的 渗透率有望在 2025 年达到 50%，带来碳化硅衬底需求的快速增长，我 们认为光伏市场是碳化硅衬底需求的重要推动力。

预测假设： 1）假设全球新增光伏逆变器需求等于全球新增光伏装机需求，暂不考虑 存量光伏逆变器替换的需求。 2）根据第三代半导体产业技术创新战略联盟 CASA 报告，2021 年光伏 领域第三代半导体渗透率已经达到 13%，我们预计 2022-2026 年光伏逆 变器中碳化硅功率器件的渗透率将达到 20%，30%，40%，50%，52%。 3）假设 2022-2026 年光伏逆变器平均单价为 0.25/0.22/0.2/0.18/0.18。行 业平均毛利率维持为 30%/28%/28%/26%/26%，IGBT 器件占 BOM 成本 比为 16%。 4）假设 SiC MOSFET 价格逐渐下降，2022-2026 年 SiC MOSFET 单价 /IGBT 单价分别为 3.5/3.2/3/2.8/2.6。 5）假设 2022-2026 年 SiC 器件成本构成中衬底成本占比为 46%、44%、 42%、40%、40%。假设 2022-2026 年 SiC 衬底单价分别为 0.6、0.57、 0.54、0.5、0.45 万元/片。

2. 供给端：国内外衬底厂商放量在即，带来巨大设备空间

根据产能梳理，我们预计至 2026年碳化硅衬底名义产能达 839.2 万片， 对应设备总市场空间 251.8 亿元，当年市场空间 48.0 亿元。2023-2026 年，预计国外龙头企业 Wolfspeed、Coherent 有望凭借先发优势，碳化硅 衬底产能将率先突破百万片；国内厂商也在陆续扩产，其中东尼电子、 天科合达产能扩张较快。根据 Yole 市场空间预测数据，2026 年全球导 电型碳化硅衬底市场规模约占衬底总市场规模的78.9%,假设衬底良率为 60%，我们折算出 2026 年导电型衬底有效产能约为 397.3 万片，相比于 455.7 万片的需求，仍存在约 58.4 万片的有效供给缺口，对应约 29.2 亿 元设备投资空间。

2022 年天岳先进上海临港工厂募资项目，每 10 万片衬底产能的设备投 资约为 4 亿元。结合 2021 年晶盛机电定增公告，其碳化硅衬底晶片项 目中，每 10 万片衬底产能设备投资约为 6 亿元。考虑技术快速迭代带 来的设备投资下降，我们估计 2023-2026 年每 10 万片碳化硅衬底设备投 资额分别为 3.8/3.5/3.2/3 亿元。参考晶盛机电公告，其年产 40 万片及 以上 6 英寸碳化硅衬底晶片项目中，设备购置及安装成本中，晶体生长 炉成本占比 50.6%，切片机成本占比 14.3%，原料合成炉成本占比10.1%， 粗抛光机成本占比 5.7%；其他支出占比 19.2%。