第三代半导体——碳化硅投资逻辑梳理
7月中信证券拆解特斯拉Modle 3的研报里面有一些关于SiC MOSFET替代IGBT的内容：
Model3 首创采用 48 颗 SiC MOSFET 替代了 84 颗 IGBT，体积、功耗大幅减小。
Model 3为第一款采用全SiC功率模块电机控制器的纯电动汽车，开创SiC应用的先河。基于IGBT的诸多优势，在Model 3问世之前，市面上的新能源车均采用 IGBT方案。 而Model 3利用SiC模块替换IGBT模块，这一里程碑式的创新大大加速了SiC等宽禁带半导体在汽车领域的推广与应用。
科锐于2020年12月成为大众FAST项目SiC独家合作伙伴；2020年，比亚迪汉EV车型下线，该车搭载了比亚迪自主研发的的SiC MOSFET模块，加速性能与续航显著提升；2021年，比亚迪唐EV加入SiC电控系统；2021年4月，蔚来ET7搭载具备SiC功率模块的第二代高效电驱平台。
与 Si 基材料相比，SiC 器件的优势集中体现在:耐高温、耐高压、SiC器件体积可以减少至IGBT的1/3~1/5， 重量减少至 40%~60%、功耗降低60%~80%，效率提升1%~3%，续航提升约10%。
一、第三代半导体有啥优势？
第三代半导体以碳化硅为核心材料，在高频、高压、高温等工作场景中，有易散热、体积小、低能耗、高功率等优势。碳化硅已成为目前应用最广、市占率最高的第三代半导体材料。
碳化硅产业链
二、多应用领域驱动需求爆发，供给侧缺口巨大
碳化硅器件在电动车、光电新能源、轨道交通等领域应用前景广阔。下游高速增长，带动碳化硅需求高增。
1、新能源车销量持续提升，碳化硅需求旺盛
2021年新能源车销售650万辆，同比增长109%，占比全球汽车销售总量为9%，2022年新能源车销量依然保持高增长，预计到2025年，新能源汽车销量将超过2100万辆，其中，新能源汽车领域碳化硅渗透率有望超20%。
新能源车销量
2、风电、光伏领域中应用优势明确，碳化硅器件渗透率快速提升
光伏、风电和储能逆变器曾普遍采用硅器件。传统逆变器成本约占系统10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。碳化硅器件可应用于风电整流器、逆变器、变压器，降低能损和提高效率的同时可以使重量和成本分别减少25%和50%。
基于碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从96%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，有利于缩小系统体积、提高功率密度、延长器件使用寿命、降低产品生产成本。
根据中商产业研究院数据，全球光伏逆变器的出货量从2017年的119.2千兆瓦增加至2021年的210.4千兆瓦，年均复合增长率约为15%。预计2022年全球光伏逆变器的出货量将达到256.7千兆瓦。据CASA数据，在光伏逆变器中，碳化硅器件的渗透率有望由2020年的10%，快速提升至2025年的50%，并在2048年达到85%。
光伏逆变器中碳化硅出货量
3、储能快速发展，碳化硅市场空间进一步打开
随着光电、风电等具有间接性、波动性等特点的可再生资源占比逐步提升，社会对能源稳定性提出了更高要求，储能成为解决能源波动性问题和电力系统供需匹配问题的关键，市场潜力巨大。根据TrendForce预测显示，2021年全球储能新增装机规模达29.6GWh，2025年有望达362GWh。根据IHS预测，2020 年全球储能逆变器达到12.7GWh，2018-2022年全球储能逆变器市场规模预计为63GWh。
全球储能逆变器市场规模
4、需求预测
预计到2025年，全球风电、光伏、储能总计新增装机量将增长至687GWh，对应功率器件市场规模大约为255亿元，SiC功率器件渗透率50%，对应等效6英寸晶圆需求量89万片。假设至2025年6英寸碳化硅晶圆5000元/片，对应碳化硅晶圆市场空间44.5亿元。
三、竞争格局：海外龙头垄断，产业链加速国产替代
1、目前碳化硅晶片产业格局美国全球独大
根据Yole数据，海外厂商占有全球碳化硅衬底产量的86%以上，仅Wolfspeed公司就占据了45%的市场份额，排名第二的Rohm公司也有20%的市场份额，国内企业仅有天科合达和天岳先进分别占据了5%和3%。
2、供给缺口仍然广阔，产业链迎来国产化良机
2021年全球碳化硅晶圆产能约为40-60万片，有效产能仅20-30万片，其中，新能源汽车和光伏占碳化硅市场77%，供给缺口巨大。
目前国产碳化硅器件已成功进入多家整车厂的在售车型，如比亚迪半导体的SiC MOSFET功率器件已自供于比亚迪汉，斯达半导与Cree合作开发的1200VSiC模块得到宇通客车认可并装车。吉利合资子公司芯粤能研发的碳化硅主驱模块也成功应用于旗下车型Smart 精灵。未来随着产能扩张和规模效应带来的成本优势，碳化硅产业链有望迎来国产化良机。
3、国内企业逐步切入，器件存在突围机会
从市场占有率来看，SiC功率器件全球主要的市场份额主要掌握在STM、Wolfspeed、Rohm、Infineon、Onsemi 等行业龙头手中，CR5达91%。因为SiC 器件对稳定性要求较高，需要较长的验证周期，因此中国厂商切入进程较慢，还未形成一定规模的市占率，但存在国产厂商如士兰微、斯达、华润微、安世等已实现器件规模生产并在功率MOSFET、IGBT单管、IGBT模块等部分领域跻身全球前十。
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