2022年新能源汽车未来发展产业深度研究报告汇编

2022年新能源汽车未来发展产业深度研究报告汇编资料汇编

目录1、碳纤维行业研究：风电等新能源势起_碳纤维前景广阔2、功率半导体IGBT行业研究：新能源驱动成长_国产化率加速攀升3、2021年全球新能源汽车技术市场竞争格局分析中国专利申请数量遥遥领先4、煤炭开采行业深度报告：能源大通胀下煤制甲醇迎来新机5、2021年中国电池回收产业发展环境（PEST）分析：新能源车市场_促进电池回收产业[图]

碳纤维行业研究：风电等新能源势起_碳纤维前景广阔1、碳纤维综合性能超群，被誉为“材料之王”碳纤维是一种含碳量在90%以上的碳主链结构无机纤维，通过高温分解法去除除碳以外绝大多数元素，由有机纤维（聚丙烯腈基（PAN）、沥青基、粘胶基纤维等）在1000℃高温以上的惰性气体中裂解碳化制成，其中全球90%以上的碳纤维是由PAN制成。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，强度高（强度约为钢的10倍）、模量高、密度小（密度为钢的1/5、铝合金的1/2）造就其轻量化的特点。除此之外，碳纤维还具备耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高温、电及热导性高等特点。因为碳纤维拥有超群的综合性能，被誉为“材料之王”和“黑色黄金”。作为现代工业中不可或缺的高科技新型材料，碳纤维被广泛应用于航空航天、新能源装备、汽车、体育用品、交通运输、工程器械、医疗器械、建筑及其结构补强等领域。碳纤维有诸多分类标准，通常按照原丝类型、力学性能、丝束大小这三种维度进行分类。按照原丝类型分类：（1）沥青基碳纤维：以沥青为原料，提高沥青的使用价值，尺寸稳定性好。沥青基碳纤维与氰酸酯树脂制成的复合材料热膨胀系数小，可以用作人造卫星材料或其他精密材料；（2）粘胶基碳纤维：由含纤维素的粘胶纤维组成，石墨化程度低、导热系数小，适合作为隔热材料；（3）聚丙烯腈基碳纤维：以聚丙烯腈（PAN）为原料，是所有碳纤维中用途最广、用量最大、性能最好的品种。聚丙烯腈碳纤维占据主流地位，其产量占碳纤维总产量的90%以上。按照力学性能分为通用型和高性能型：（1）通用型碳纤维强度一般在1000MPa、模量一般在100GPa左右；（2）高性能型碳纤维还可以细分成高强型、高模量型、超高强型及超高模型。拉伸强度及模量是国际碳纤维的主要分类标准，行业内一般采用日本东丽（TORAY）分类法，而全国纤维增强塑料标准化技术委员会在2020年正式发布了我国的碳纤维分类标准。按照丝束大小分类：碳纤维可以按照每束含有的纤维数量来划分成小丝束和大丝束。单束纤维数量通常在48K以上的是大丝束碳纤维（1K意味着1束碳纤维含有1000根丝），因为性能及制备成本相对较低，也被称为工业级碳纤维，包括48K、50K、60K、80K等，主要应用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等领域；小丝束碳纤维工艺要求严格，综合性能更为优异，但生产成本较高，也被称为宇航级碳纤维，一般包括1K、3K、6K、12K和24K等产品，主要应用领域包括国防工业、高技术以及体育休闲用品，如飞机、卫星、高尔夫球杆等。2、需求端：双碳政策刺激下游需求，市场空间具有扩张前景2.1、国内需求结构有别于海外，新能源将是主要驱动力从全球的角度来看，2020年全球碳纤维需求总量为10.69万吨，风电叶片、航空航天及体育休闲为碳纤维需求量前三的应用领域，需求量分别为3.06、1.65、15.4万吨。2020年初，全球范围内爆发新冠疫情，对实体经济产生了巨大冲击，民用航空首当其中。由于疫情影响，航空公司受到重挫，考虑到未来近几年旅客数量急剧减少，随即减少飞机的订单数量，直接导致碳纤维航空复材的需求急剧下滑，同比增速为-30%。与此同时，风电叶片、压力容器、碳碳复合材料（单晶硅热场材料）等应用领域不受疫情的影响，依然保持了高速增长，同比增速为20%、19%、79%。总的来说，在航空航天、体育休闲等传统应用领域受到疫情影响导致需求大幅下滑之时，凭借风电叶片、压力容器、碳碳复材等领域的高速增长，2020年全球碳纤维需求总量同比增速依然为正，达到了3%。未来随着疫情影响边际减弱，下游需求将会全面开花，行业空间具有扩张前景，2025年全球碳纤维需求量预计将会达到20万吨，2020年-2025年CAGR为13.36%。从我国的角度来看，2020年我国碳纤维需求总量为4.9万吨，同比增速高达28.97%。尽管2020年年初，全球都陷入新冠疫情爆发的恐慌当中，但凭借行之有效的管理措施，中国率先摆脱疫情，各项生产经营活动有序恢复，从而保证了碳纤维下游需求的稳定增长。细分需求结构来看，2020年我国碳纤维下游需求主要来源于风电叶片以及体育休闲，需求量分别为2、1.46万吨，其中风电叶片领域的需求增速达到了44.93%，贡献主要需求增量。在“2030年碳达峰、2060年碳中和”的“双碳”背景下，国家将采取强有力的政策，着手优化能源结构，提高清洁能源的比重。风电、氢能、光伏均迎来发展机遇，叶片对于轻量化的要求将是碳纤维需求的关键引擎。由于西方国家加强了高端碳纤维及生产设备对我国的限制，我国碳纤维在航空航天领域的应用占比仅为3.48%，现如今民用碳纤维需求高增将会积极推动国内企业实现制造工艺和生产设备的自主化，进而为今后具备生产高端碳纤维的能力创造先决条件。2.2、风电领域：海上风电迎机遇，未来增长空间广阔2.2.1、碳中和顶层设计政策落地，清洁能源发展力度加码碳达峰具体行动方案出台，清洁能源长期发展目标明确。双碳目标发布以来，关于碳达峰的各种具体政策持续出台，风光等清洁能源长远发展目标明确。2021年10月24日，中共中央、国务院正式印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，要求：（1）到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右；（2）到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上；（3）到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上。2021年10月26日，国务院关于印发《2030年前碳达峰行动方案的通知》，提出坚持陆海并重，推动风电协调快速发展，完善海上风电产业链，鼓励建设海上风电基地;推进退役风电机组叶片等新兴产业废物循环利用，以及“海上风电+海洋牧场”等低碳农业模式。大基地项目规划，托底风光行业发展。“十四五”期间规划九大清洁能源基地和五大海上风电基地，2021年3月公布的《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出，要建设九大清洁能源基地和五大海上风电基地。九大清洁能源基地包括金沙江上游、金沙江下游、雅砻江流域、黄河上游、黄河几字湾、河西走廊、新疆、冀北、松辽等清洁能源基地；五大海上风电基地为广东、福建、浙江、江苏、山东等海上风电基地。大基地建设规划将成为“十四五”期间风光新增装机的重要源头。大基地拉开序幕，百万、千万千瓦基地项目浮出水面。目前九大清洁能源基地和五大海上风电基地所涉及的相关省份均已出台“十四五”期间风电和光伏的规划，不少地区规划了百万千瓦乃至千万的新能源大基地项目。根据北极星太阳能光伏网统计，目前各省（区/市）规划百万千瓦大基地项目46个，千万千瓦大基地项目41个。首批100GW风光大基地项目有序开工建设，预计风光各占一半。目前，首批100GW风光大基地项目已经有序开工，预计风光各占一半。根据北极星太阳能光伏网统计，自2021年10月中旬以来，全国已有超过46.34GW风光大基地项目陆续开工建设，已公布的总投资达2068亿元。2.2.2、全球风电蓬勃发展，海上风电装机量持续高增全球风电累计装机规模稳步增长，海上风电始终维持高速增长。根据全球风能理事会（GWEC）发布的数据，过去十年间全球风电累计装机规模由2010年的198GW增长至2020年的743GW，CAGR为14%。其中陆上风电累计装机规模为707GW。2020年，全球风电新增装机规模93GW，同比增长54%，新增装机规模创历史新高。近年来，随着陆上富风区域的逐渐饱和，海上风电发展迅速，一直维持较高增速。截至2020年末，全球海上风电累计装机规模达35GW，2016-2020年CAGR为24%。我国风电累计装机规模稳步增长，海上风电势头迅猛后来居上。根据国家能源局数据，截至2021年11月，我国风电累计装机规模为305GW，2011-2020年的CAGR为22%。经历了2020年陆上风电抢装行情之后，2021年风电新增装机速度有所放缓。根据国家能源局数据，2021年1-11月我国风电新增装机容量24.7GW，同比增长8%。虽然我国海上风电起步较晚，但近五年来发展势头迅猛，每年新增装机量都持续刷新记录，2020年的装机量更是超越欧洲，占全球新增总量的50.4%。根据国家能源局数据，截至2021年6月底，我国海上风电总装机量突破11GW，与陆上风电一样，跃居全球首位。2.2.3、风电叶片趋于大型化，轻量化需求驱动碳纤维发展风机的大型化是未来发展的趋势。风电项目建设成本主要来源于风电机组、电力设施和安装工程等环节。根据北极星电力网数据，风电机组、电力设施和安装工程占陆上风电建设成本的85%、占海上风电建设成本的63%。陆上风电建设成本中风电机组占70-80%，因此风电机组降本是推动陆上风电项目建设成本降低的关键。海上风电由于其安装和桩基建设的复杂性，使得风电机组成本只占30%左右，而安装和桩基共占30-40%。因而，风电机组、安装工程和桩基建设三方面同时降本才能有效推动海上风电项目建设成本降低。由于中央不再对海上风电进行补贴，降低风电成本及提高经济性势在必行。根据财政部、国家发改委、国家能源局在2020年1月发布的《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》，自2020年起新增的海上风电项目将不再纳入中央财政补贴范围之中，而存量项目需要在2021年12月31日前完成全部机组并网才能享受补贴。风机大型化是风电长期降本的有效途径。风电机组功率大型化主要从三方面推动风电长期降本：（1）降低风机单瓦制造成本；（2）降低风电场建设成本；（3）提高风机利用小时数和发电效率，增加发电量，从而降低度电成本。（1）降低单瓦制造成本：制造大功率风机时，功率增加速度要大于零部件用量的增加速度，从而单瓦成本随着功率的提升而下降。此外，目前整机企业采用平台化、模块化设计理念，不同型号的风机许多零部件可以通用，这样还可以带来规模化降本。例如VestasV112机型相比V82机型功率提升了82%，而整体材料用量反而下降了9.7%；明阳智能MySE5.0-166机型相比MySE2.5-121机型功率提升了1倍，而关键部件提升只有20-45%。（2）降低风电场建设成本：在满足风场总体装机规模的情况下，风机数量与单机功率成反比。尽管单机功率提升会导致风电机组的成本略有上升，但是风电机组的成本只占整个风场成本的40%，如果风机数量能够减少，可以有效降低建设成本，包括平台基础、安装施工等。根据《平价时代风电项目投资特点与趋势》中的数据，当风机功率由2.0MW提升4.5MW时，风电项目静态投资成本降低14.5%，LCOE下降13.6%，全投资IRR增加2.4pct。（3）提升发电效率：通过增加叶片的长度来扩大受风面积，捕捉更多的风能。在同等风速下，风机发电量与受风面积成正比。根据GE《2025中国风电度电成本》，扫风面积增加一倍，可以提高一倍的发电量，使得度电成本下降30%。同时，扫风面积的提升使得超低风速资源也具备了开发价值，尤其是现在陆上富风区域逐渐饱和叠加海上风场天气变幻无常，捕捉低风速资源能够有效提升风力发电的经济性。叶片大型化对复合材料提出了更高标准，碳纤维能够满足其要求。近年来，为了提高风电的经济性，风电机组单机功率呈上涨态势，而风电叶片长度与风机功率成正比。大型化风机对于叶片提出了更高的要求，而碳纤维材料能够满足大型化所需轻量化、高强度、高模量的要求。传统的玻璃纤维叶片在长度超过一定阈值之后，质量过大导致性能降低，出现共振扭转等问题。相较于玻纤，碳纤维的密度小30%，强度大40%，模量高3-8倍。高性能碳纤维复合材料受到平面的冲击力时，内部纵横交错的碳纤维丝能够有效地分散受力，避免破裂的发生。兼顾强度、刚度的同时，材料密度越小单位体积质量越轻。根据中复神鹰招股说明书，在满足刚度和强度的前提下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻30%以上；当前风轮直径已突破120m，叶片重量达18吨，采用碳纤维的120m风轮叶片可以有效减少总体自重达38%，成本下降14%，从而保证风电机组的运行状态和转换效率。全球风电巨头Vestas专利即将到期，碳纤维渗透率有望进一步提高。风电叶片主梁所用碳纤维有预浸料、真空灌注、拉挤成型三种工艺。前两种工艺缺点较为明显，成本高且效率低：预浸料长期储存需要冷冻环境，额外增加了叶片的生产成本；真空灌注是闭模成型工艺，准备工作繁琐，而且真空程度对于材料质量有很大影响。在2016年，Vestas在拉挤碳梁工艺上取得突破，这种工艺的优点为：（1）通过拉挤工艺的生产方式有效提高了纤维体积含量，减轻了主体承载部分的质量；（2）通过标准件的生产模式有效提高了生产效率，保证产品性能的一致性和稳定性；（3）降低了运输成本和最后组装整体成型的生产成本；（4）预浸料和织物都有一定的边角废料，拉挤梁片及整体灌注极少。采用这种设计和工艺制造的碳纤维主梁，兆瓦级的叶片均可使用，扩展了碳纤维的使用范围。Vestas在2002年7月向中国、丹麦、欧洲等国家或国际性知识产权局申请了以碳纤维条为主要材料生产风电叶片的相关专利，限制了其他企业使用碳纤维主梁制作叶片。风电装机规模叠加碳纤维渗透率的提升，大丝束需求量有望迎来高速增长。在“双碳”背景下，风电已经成为全球重点发展领域。2020年全球新增风电装机容量103GW，风电叶片用碳纤维的需求量为3.06万吨，意味着1GW风电装机需要约297吨碳纤维。根据中国巨石的数据，1GW风电装机需用玻纤1万吨，可得当前碳纤维渗透率仅为3%左右。未来随着拉挤工艺的普及，碳纤维渗透率逐步提高，越来越多的叶片将会使用拉挤碳梁，风电机组单机功率有望进一步提高，海风新增装机将会迎来放量。根据GWEC预测，未来中国海上风电蓬勃发展有望带动全球海上风电新增装机量大幅上涨，预计到2025年，全球海上风电新增装机规模达23.9GW，2021-2025年CAGR为31%。2.3、储氢瓶：氢能行业发展带动储氢瓶碳纤维的需求增长氢能的储运根据氢或储氢材料形态的不同主要分为气态储运、液态储运、固态储运及有机液体储运等四种方式：（1）气态储运，主要包括近距离运输的高压长管拖车以及长距离运输的管道运输，其中管道运输适用于大规模氢气运输；（2）液态储运，低温液态储氢是将氢气冷冻至零下252.72℃以变为液体加注到绝热容器中进行储运，储运工具主要为用于长距离、大规模运输的液氢槽罐车；（3）固态储运，是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式进行氢储运，对储运工具并无特殊要求；（4）有机液体储运，是通过加氢反应将氢气固定到芳香族有机化合物并形成稳定的氢有机化合物液体，最终以液体槽罐车进行储运。高压气态储氢目前是国内主流的储氢方式。在主要的氢储运技术中，最成熟的是高压气态储运，也是现阶段国内最主要的氢储运方式。气态储运常温即可实现快速充放氢，成本较低，因此得到广泛应用，但储氢量较低，且对高压储氢罐存在较高的技术要求。另一方面，管道运输是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式，能耗小且成本较低。但类似于天然气管网系统建设，输氢管道建设所需一次性投资较大，基建成本高昂且建设周期较长。相较于欧美国家已相对成熟的输氢管网系统，中国输氢管道建设仍处于起步阶段。而在现有的天然气管网系统中混入氢气是初期管道输氢的主要探索方向。国产IV型瓶技术取得突破，将带动碳纤维需求提升。高压氢气瓶主要分为四个型号：（1）I型全金属气瓶，（2）II型金属内胆纤维环向缠绕气瓶，（3）III型金属内胆纤维全缠绕气瓶，（4）IV型非金属内胆纤维全缠绕气瓶。其中，I型、II型气瓶由于质量过大、储氢密度低，难以满足氢燃料电池汽车的储氢需求，主要用于工业、加氢站等固定地点用途。而III型、IV型气瓶采用了纤维全缠绕的方式，具有质量轻、储氢密度高、安全性高等优点，已经被广泛应用于车载领域。目前，国内主要采用III型储氢瓶（35MPa），相较于国际主流的IV型70MPa高压储氢瓶仍存在一定的技术差距，但在2020年末我国国产IV型瓶技术取得了重大突破。沈阳斯林达安科新技术有限公司生产的70MPa氢气瓶，已经通过型式检验，各项参数均满足《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》国家标准，成为国内首家IV型瓶通过技术评审的企业。相同体积下，压力与储氢量成正比，IV型瓶成为氢燃料电池汽车的首选储氢瓶，续航里程可以有效提高。根据中科院宁波材料所特种纤维事业部的数据，氢能商用车携带4个储氢瓶，单个储氢瓶碳纤维用量约80Kg；乘用车携带2个储氢瓶，单瓶碳纤维用量为37.5kg。在燃料电池汽车示范应用政策的推动下，我国氢燃料电池汽车保有量将会逐步增加，从而带动碳纤维需求的大幅提升。2.4、热场材料：光伏发展带动碳碳复材高速成长，对碳纤维有海量需求碳碳复材是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，除了继承碳纤维的高性能以外，还具备抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，力学特性随着温度升高而增大，是目前唯一能在2200℃以上保持高温强度的复合材料，主要应用于刹车盘、航天部件以及热场部件三个领域。近年来，前两个应用领域发展平稳，热场部件的需求则是受到光伏行业高速发展的拉动。碳基复材性能优于石墨，能够契合光伏发展趋势。热场是硅片拉晶过程中的耗材，主要用于单晶硅炉内的坩埚、导流筒、保温筒、加热器等部件。为熔化硅料，需要温度达到1600℃以上，要求热场材料要有较好的耐热性能，因此长期以来热场材料都以等静压石墨为主，碳基复材为辅。随着光伏新增装机规模的增长，硅片的需求逐年上升，单晶炉的投料量也从2016年的300kg提升至2020年的1900kg，坩埚尺寸也从原来的16-20英寸提高到现在的32-36英寸。坩埚容量的提升对于材料的承载性要求也更高，等静压石墨是由石墨颗粒压制成型的脆性材料，而碳基复材抗折强度超过150MPa，能够承载更大重量，保证了生产安全性，同时使用寿命也更长，更加契合热场大型化的发展趋势。随着坩埚制作工艺、拉棒技术的提升，单晶炉投料量仍具备成长空间，碳碳热场则是硅片企业必须的生产设备。国产碳基复材逐步替代进口高纯度石墨，光伏持续高增将带动碳纤维需求大幅提升。早期，国内硅片企业的热场材料主要依靠从德国西格里、日本东洋碳素进口高纯、高强等静压石墨，不仅供货周期长，而且成本较高。2016年伊始，金博股份和西安超码等企业实现了碳基复材的低成本、规模化生产，国内硅片企业逐步转向使用国产碳碳热场。根据金博股份的招股说明书，碳基复材渗透率从2010年的10%以下提高至2019年的50%以上。“碳中和”时代来临，光伏发电作为清洁能源，是全球重点发展的领域，未来光伏新增装机规模预计维持较高的增速，硅片企业对碳碳热场的需求有望继续高速增长。3、供给端：国内企业技术突破扩建产能，空间可期3.1、国外企业占据高端产能，国内企业正在奋力欧美日企业具有先发优势，碳纤维生产工艺已非常成熟。1959年日本大阪工业试验所成功发明了PAN基碳纤维的制备技术，由此揭开了全球碳纤维产业发展的序幕。国际上PAN基碳纤维的生产于上世纪60年开始起步，日本、英国是最先开启实验室研发碳纤维，而美国于当时专注攻克粘胶基碳纤维，所以在此方面发展稍晚一步。进入70年代，日、英、美三国企业开始频繁合作，开始工程化技术的研发以及应用领域的开拓，成功将碳纤维应用在高尔夫球杆、钓鱼竿等方面，同时碳纤维复合材料在航天航空结构上也取得突破，还实现了批量生产。90年代开始，碳纤维产业发展提速，行业正式进入了工业化时代，单线产能突破千吨/年。日本东丽公司作为行业翘楚，早在当时就基本完成了现有绝大部分产品型号的研发和生产，包括初期的T300、中期的T800和T1000、末期的M60J。进入21世纪之后，碳纤维的应用不再仅限于军工和宇航，风电、汽车等领域的应用也在不断扩大。总的来说，由于欧美日企业很早就开始研发碳纤维技术，并将技术与产业发展相融合，具备先发优势，占据很大一部分的市场份额，对高端碳纤维的市场更是形成了垄断。目前，世界碳纤维技术主要由日本企业掌握，其生产的碳纤维无论是质量还是数量均处于世界领先地位。日本的三家碳纤维企业（东丽、东邦、三菱）占据全球PAN基碳纤维约50%的市场份额，日本东丽则是全球高性能碳纤维的龙头企业。国内发展稍有停滞，如今积极发展有望缩小差距。我国PAN基碳纤维的研究可以追溯到1962年，与日本同时起步。由于国外知名碳纤维企业囿于“巴黎统筹条约”的限制，不愿出售相关的生产设备，仅有英国RK公司愿意出售极小产量的中试线，中国碳纤维行业于上世纪90年代一直处于停滞状态，直到进入新世纪之后，科技部设立碳纤维专项，将碳纤维列入863计划新材料领域，才算是恢复发展。2008年，以国有企业为主的大量工业企业涌入碳纤维行业，但大多企业在一些关键技术上毫无突破，生产线运行效率较低且产品质量不稳定。2010年开始，碳纤维行业格局发生优化，优胜劣汰，从原先的40多家企业减少到了十多家企业。随着下游应用的拓展，碳纤维的需求逐步提升，倒逼上游企业开始大力发展，一些企业在工业级大丝束碳纤维的生产工艺上取得突破，具备产业链自主化能力的产品类型。3.2、技术取得突破，为碳纤维奠定基础完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的制造过程。上游企业从石油、天然气等化石燃料中制取丙烯，并经过氨氧化得到丙烯腈。丙烯腈通过聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型得到聚丙烯腈（PAN）原丝。原丝需要经过多段氧化炉制成预氧丝，随后在氮气的保护下经过低温和高温碳化后得到碳纤维。碳纤维可以制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，也可以与树脂、陶瓷等材料相结合制成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终成品。3.2.1、原丝：碳纤维的核心原材料，直接决定其各项性能指标原丝制备是碳纤维产业链的核心环节。碳纤维原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的性能和成本，PAN原丝需要经过预氧化、碳化转化成碳纤维，这是一个复杂的过程，碳纤维的缺陷主要源于各环节的误差，其中90%的缺陷是从原丝遗传而来。如果原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷，将会对碳纤维的质量和性能造成严重的影响。碳纤维的强度显著依赖于原丝的微观形态结构及致密性，线密度越低，原丝中存在的缺陷越少，提高均一性有助于获取高强度的碳纤维。原丝制备的技术壁垒和工艺差别主要在纺丝环节。碳纤维原丝的工艺主要包含聚合、制胶、纺丝三个过程。经过长期的技术研究与工程化实践，碳纤维行业主要形成了两种纺丝工艺：湿法纺丝和干喷湿法纺丝。干喷湿纺和湿法纺丝这两种工艺存在较大差异：（1）湿法纺丝更适合制备大丝束：高温的纺丝液从喷丝头出来之后，直接进入了温度较低的溶剂里会更容易冷却和凝固下来，凝固之后更利于大丝束的纺丝，但在凝固之后还需要进行拉伸，表面容易起皮，所以大丝束碳纤维的强度相较于小丝束会差一些。（2）干喷湿纺工艺有效结合了干法和湿法，在纺丝速度和原丝性能方面均具有明显优势，适合制备小丝束：相较于湿法纺丝，干喷湿纺的喷丝头不会直接浸入凝固浴，喷头温度可以独立精准控制，纺丝液由喷丝版喷出之后在进入凝固浴前会经过一段空气层，纺丝液在空气层中会发生一定的拉伸流动，不仅提高纺丝速度，还有利于大分子链的取向。干喷湿纺制成的原丝结构相较于湿纺工艺更为均匀致密，截面更容易圆滑，从而提高力学性能。干喷湿纺工艺的难度较大，目前世界上也仅有少部分企业掌握了该工艺，并且已经生产出了成熟的系列产品。国际上日本东丽和美国赫氏率先实现了干喷湿纺工艺的突破，而国内中复神鹰于2013年取得突破，恒神股份于2014年建成干喷湿纺的生产线，光威复材于2019年通过了T700级别碳纤维干喷湿纺产业化制备项目的鉴定，发展速度较快，未来可期。3.2.2、碳丝：受制于核心生产设备，国内碳纤维在稳定性方面稍有欠缺碳化环节壁垒较高，国产核心装备与世界领先水平仍有差距。碳纤维原丝经过多段氧化炉在空气气氛下反应得到预氧丝；预氧丝在氮气保护下，分别经过低温碳化、高温碳化得到碳丝；随后经表面处理后进行上浆，最后烘干得到碳纤维成品。预氧化是原丝到碳纤维过程中比较重要且耗时较长的一个阶段，在预氧化过程中，温度是重要的影响因素，期间发生的环化、脱氢、芳构化、氧化、交联等反应可导致热氧稳定化纤维共轭梯形结构的形成，保证其在后续高温炭化过程中不会熔融，对最终碳纤维的结构形成和性能起着决定性的作用。一般预氧化时间短，外表皮层结构较薄；时间加长之后皮层会逐渐加厚。热风循环系统是工业预氧化炉中最具技术含量的部分，该系统能够直接形成预氧化炉内部的等温区域，对炉体内部工作空间的温度均匀性起到了决定性的作用。原丝预氧化是一个放热的过程，在预氧化过程中会伴随大量热量的产生，如果热量不能及时转移散发出去，会造成蓄热和局部过热，从而影响纤维的氧化均一性，甚至会造成纤维烧断或起火燃烧。当前，我国企业制造的预氧化炉在相关指标方面与国际领先水平有着不小的差距，这也是制约我国高性能碳纤维发展的主要原因。部分企业实现突破，碳纤维国产替代可期。碳纤维的制备工艺流程复杂，涉及的工艺参数较多，掌握这些工艺参数往往需要经过长时间的积累。碳纤维属于战略物资，国外对中国有一定程度的封锁，氧化炉和碳化炉很难从国外知名企业直接购买，尤其是军工领域。随着我国在碳纤维领域取得突破，包括精功科技在高质量的碳纤维整线设备实现自主生产，国外对我国生产工业级（民用）碳纤维的企业不再实施封锁禁售。根据精功科技公告，公司向吉林国兴碳纤维有限公司出售4条2500吨的生产线，售价共计6.5亿元。由此可见，国内企业已经具备生产千吨级的碳纤维整线设备，而且相较于进口设备，国产设备成本更低，未来民用碳纤维国产替代化有望加速。3.3、下游需求高增，国产碳纤维迎来历史机遇中国运行产能迅速攀升，未来碳纤维国产率有望逐步提高。2020年，全球碳纤维运行产能为17.17万吨，同比增长10.81%。其中，中国大陆碳纤维运行产能为3.62万吨，同比增长34.64%，增速明显快于全球，以至于中国大陆运行产能已经升至全球第二位。细分供应来源来看，2020年国产碳纤维供应量为1.85万吨，进口碳纤维3.04万吨，同比增速分别为53.75%、17.46%。虽然当前我国碳纤维主要依靠进口，但是国产碳纤维连续三年保持了20%以上的增长速度，直观说明国内碳纤维企业在生产方面取得了不小的进步。中国碳纤维需求结构与全球相比有着明显差异，风电叶片领域贡献主要需求。在国内“双碳”背景下，国家大力发展清洁能源，风力发电、氢燃料电池汽车、光伏等领域对碳纤维有着海量需求，随着国内企业产能的扩展和制品质量的提升，未来碳纤维国产率将会稳步提升。以大丝束碳纤维为切入点，国内企业将会对碳纤维生产工艺愈发娴熟和理解，假以时日或将在高性能碳纤维上取得突破，碳纤维空间广阔。

功率半导体IGBT行业研究：新能源驱动成长_国产化率加速攀升一、市场篇：新能源助力IGBT高增长，缺货推动国产化加速1.功率半导体市场稳健增长，IGBT增速领先功率半导体是电子装臵中电能转换与电路控制的核心，是能够支持高电压、大电流的半导体，主要用于改变电压、频率、电力转换（将直流（DC）转换为交流（AC），将交流（AC）转为为直流（DC））。功率半导体主要产品包括功率器件（二极管、IGBT、MOS、BJT）、功率IC，二极管、晶闸管、BJT属于第一代功率半导体器件，MOS、IGBT属于第二代功率半导体器件，附加值更高。2020年全球功率半导体市场规模达452亿美元，中国市场占比约为40%，功率IC市场规模达243亿元（占比54%），功率器件&模块市场规模达209亿美元（占比46%）、2016~2020年CAGR达7%，从市场规模占比来看，整流器、MOSFET、IGBT是最重要的功率器件，市场占比达19%、41%、31%，从成长性来看，IGBT成长性最佳、2016~2020年CAGR达14%。二极管：是不可控型功率半导体器件，主要用于将交流电转换为直流电，功能类似于机械单向阀，在一个方向上以最小的电阻传导电流，称为正向，同时防止电流流向相反的方向。优点在于结构和原理简单，缺点在于无法控制通断且电流只能正向流通。晶闸管：又称为可控硅整流器，是一种大功率开关型半导体器件能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。MOS（绝缘栅型场效应管）：金氧半场效晶体管，是一种全控型电压驱动器件，依照其工作载流子的极性不同可分为“N型”和“P型”，正持续栅极电压控制开通，负持续栅极电压控制并保持关断，具有开关频率高速度快、输入阻抗高、抗击穿性好、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快等优点，主要缺点在于通态压降大，电流、电压额定低等。MOSFET主要运用于消费电子、通讯、工业、汽车电子等领域的中小功率场合例如电脑电源、充电桩等。2020年MOS市场规模为81亿元，2016~2020年CAGR达9%。BJT（双极型晶体管）：是一种全控型电流驱动器件，具有三个引脚（基极、集电极和发射极）和两个结（P结和N结），晶体管中的电荷流动主要由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移作用。双极性晶体管能够放大信号，同时具有通态压降小、通态损耗小的优点，适合给可预测电流消耗的设备供电，被用于构成放大器电路、驱动扬声器和电动机等设备，并广泛运用于航天航空、医疗机械和机器人等领域。BJT的主要缺点在于驱动功率大，频率低，在高电压工作条件下电流增益很低。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）：是由MOS、BJT组成的复合全控型功率半导体，兼具MOS输入阻扛高、BJT导通电压低的两大优势，驱动功率小且饱和电压低，适用于高压、大电流领域，是电力电子装臵的CPU。2.需求端：新能源驱动成长，全球/中国十年CAGR达13%/15%2020年全球IGBT市场规模达66.5亿美元，2016~2020年CAGR达14%。中国市场约占全球市场的40%。从产品类型来看，IGBT可分为单管、IPM、模块，2020年单管、IPM、模块市场规模占比为24%、22%、55%。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分部式光伏逆变器、小功率变频器，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年市场规模达15.9亿美元，2016~2020年CAGR达14%。IPM模块应用于白色家电中的变频空调、变频洗衣机，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年市场规模达14亿美元，2016~2020年CAGR达5%。IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域，制造工艺为灌胶工艺。2020年市场规模达36亿美元，2016~2020年CAGR达18%。从电压等级来划分，600V以下的低压IGBT主要应用于消费电子领域，600V~1200V的中压IGBT主要应用于新能源车、光伏、家电、工业（电焊机、UPS）领域，1700V以上的超高压IGBT主要应用于轨交、风电、智能电网领域。从下游应用来划分，根据Yole数据，2020年工业、家用、电动车、轨交、光伏、其他行业市场规模占比为31%、24%、9%、6%、4%。根据我们估算，我们预计2025年全球IGBT市场规模达954亿元、2020~2025年CAGR为16%，中国IGBT市场规模达458亿元、2020~2025年CAGR达21%。2030年全球IGBT市场规模达1609亿元、2020~2030年CAGR达13%，中国IGBT市场规模达732亿元、2020~2030年CAGR达15%。其中新能源车、光伏&储能贡献了最大增量。2.1新能源车：IGBT最大增量市场，国内英飞凌、比亚迪、斯达三分天下新能源车市场是IGBT的最大增量，预计2025年全球新能源车IGBT市场规模达383亿元、2020~2025年CAGR达48%，2030年全球新能源车IGBT市场规模达765亿元，2020~2030年CGAR达31%。IGBT主要应用在新能源车的电机控制系统、热管理系统、车载充电机，在主逆变器中IGBT将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电，在车载充电机中IGBT将220V交流电转换为直流电并为高压电池充电，在DC-DC变换器中IGBT将高压电池输出的高电压转化成低电压后供汽车低压供电网络使用；此外，IGBT也广泛应用在PTC加热器、水泵、油泵、空调压缩机等辅逆变器中，完成小功率DC-AC转换。我们估算单车IGBT价值量维持1700元。1）IGBT一般占新能源车BOM成本的5%。根据StrategyAnalytics，48V轻混车功率半导体单车价值量为90美元，纯电动车功率半导体单车价值量达330美元（折合人民币2100元）。2）一般A00乘用车IGBT单车价值量为800元，A级电动车IGBT单车价值量为2000元，2019~2021年新能源车中A00车占比为20%~25%，我们估算新能源车IGBT单车价值量为1700元。3）目前部分高端车型采用四驱系统（如理想one），四驱系统采用两个电控模块，我们估算四驱车型IGBT单车价值量达3200元，预计未来伴随四驱车型渗透率持续提升，IGBT单车价值量持续提升，我们假设2025年四驱车型渗透率达15%，对应2025年新能源车IGBT单车价值量达1980元，四年CAGR为4%，考虑正常年份下IGBT采购年降的影响，预计新能源车IGBT单车价值量维持在1700元。2021年全球新能源车销量达650万辆，对应IGBT市场规模达111亿元，中国新能源车销量达350万辆，对应IGBT市场规模达60亿元，考虑汽车电子价格正常年降、伴随A级车占比、四驱车占比提升，预计新能源车IGBT单车价值量维持在1700元，假设2025、2030年全球新能源车销量达2250万辆（渗透率25%）、4500万辆（渗透率50%），对应IGBT市场规模达383亿元、765亿元，2020~2025年CAGR达48%、2020~2030年CAGR达31%；假设2025、2030年中国新能源车销量达1200万辆（渗透率40%）、1800万辆（渗透率60%），对应IGBT市场规模达204亿元、306亿元，2020~2025年CAGR达54%、2020~2030年CAGR达29%。2.2光伏&储能：IGBT第二增量市场，国产化率有待提升预计2025年全球光伏&储能IGBT市场规模达108亿元、2020~2025年CAGR达30%，2030年全球光伏&储能IGBT市场规模达280亿元，2020~2030年CGAR达25%。IGBT是光伏逆变器、储能逆变器的核心器件，集中式光伏主要采用IGBT模块，分部式光伏主要采用IGBT单管或模块（单相一般采用IGBT单管，三相可选择IGBT单管或模块）。光伏的功率半导体单MW价值量为2000~5000欧元，储能功率半导体单MW价值量为2500~3500欧元，估算IGBT的单价为3000欧元/MW（折合2100万元/GW）。根据固德威、锦浪科技的招股说明书，IGBT占原材料采购成本的11%~12%，原材料成本占营业成本的93%~94%，过去三年毛利率平均值为35%，我们推算IGBT价值量占逆变器市场规模的7%。2.3传统领域：家电、工业及其他市场稳健增长白电领域：IGBT主要应用于变频空调、变频冰箱、变频洗衣机，主要产品为IPM和IGBT单管。2020年中国家用变频空调出货量为8337万台、渗透率为58%，中国变频洗衣机销量达2627万台、渗透率为42%，中国变频冰箱销量达2506万台、渗透率为30%，假设未来每年变频空调、变频洗衣机、变频冰箱渗透率提升3%，变频空调单台IGBT价值量为40元，变频冰箱、变频洗衣机单台IGBT价值量为10元，对应2020、2025、2030年中国白电IGBT市场规模达54、70、85亿元，2020~2025年CAGR达5%，2020~2030年CAGR达5%。考虑中国空调产量占比达80%、冰箱产量占比达60%、洗衣机产量占比达40%，对应2020、2025、2030年全球白电IGBT市场规模达73、94、115亿元。工业及其他领域：2020年全球IGBT市场规模达67亿美元（折合人民币459亿元），中国IGBT市场规模达26亿美元（折合人民币179亿元），扣除新能源车、光伏储能、白电领域市场需求，我们估算其他领域（主要包括工业、轨交、电源等领域）全球市场规模达303亿元、中国市场规模达81亿元，预计未来全球、中国其他领域以4%、6%的增速稳健增长，对应2025、2030年全球市场规模达369、449亿元，中国市场规模达109、146亿元。工控领域：主要应用领域涵盖变频器、逆变焊机、UPS。我们根据相关上市公司的采购成本构成估算变频器、逆变焊机、UPS中IGBT价值量占比为11%、5%、12%。预计2025、2030年全球工控IGBT市场规模达266、322亿元，五年、十年CAGR达4%、4%。2.4SiC：优势突出，预计未来六年CAGR超34%第三代半导体材料逐渐成为半导体技术升级的重点方向。第一代半导体材料以硅（Si）、锗（Ge）等为代表，第二代化合物材料以砷化镓（GaAs）等为代表，第三代宽禁带材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表。SiCMOSFETS优势突出，更适合高压领域。相对于Si基材料，SiCMOSFETS具有低导通损耗、低开关损耗、高开关频率、高功率密度等优点，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，适用于新能源车、风电光伏等高压领域，在800V高压平台的电动汽车可以充分体现快充、节能的优势。预计2025、2030年新能源车SiC模块市场达218、478亿元，五年、十年CAGR达72%、42%。目前SiC模块主要应用于高性能四驱车的后驱，特斯拉、比亚迪、小鹏均采用该方案，我们假设2025、2030年SiC模块渗透率提升至15%、25%，考虑SiC模块价格持续下降，预计2025、2030年新能源车SiC模块市场达218、478亿元，五年、十年CAGR达72%、42%。考虑SiC模块对IGBT的替代效应，预计2025、2030年新能源车IGBT市场达325、574亿元，五年、十年CAGR达45%、28%。目前国内功率企业积极布局SiC市场，其车载潜在市场空间更大。3.供给端：缺货涨价潮助力加速，2022年国产化率有望达38%3.1行业国产率较低，2019年仅12%从全球IGBT竞争格局来看，行业较为集中，根据Yole，2020年行业CR3达50%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率达27%。分产品类型来看：IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分部式光伏逆变器、小功率变频器，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年行业CR3达53%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率超29%，国内士兰微市占率达2.6%、位居第十名。IPM模块应用于白色家电中的变频空调、变频洗衣机，制造工艺为环氧注塑工艺。2020年行业CR3达62%，三菱是行业绝对龙头、市占率达33%，国内士兰微市占率达1.6%、位居第九名，华微电子市占率为0.9%、位居第十名。IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域，制造工艺为灌胶工艺。2020年行业CR3达58%，英飞凌是行业绝对龙头、市占率达36%，国内斯达半导市占率达2.8%、位居第六名。行业国产化率较低，2019年仅12%。根据Yole，从产量来看，2015年国内自给率为10%、2019年国内自给率仅12%，行业自给率缓慢提升。考虑海外产品规格更高、预计从市场规模口径来看国产化率更低。分行业来看：新能源车国产率较高，光伏国产化率接近于0。1）新能源车：得益于近年来中国新能源车市场蓬勃发展，带动国内IGBT厂商快速成长，新能源车国产化率相较较高，2019年比亚迪、斯达市占率达20%、17%。2020年斯达半导生产的汽车级IGBT模块合计配套超过20万套新能源车汽车、市占率达15%。2）光伏&储能：2020年国内该领域国产化率接近为0。根据固德威2021年年报，“IGBT元器件国内生产商较少，与进口部件相比，产品稳定性、技术指标存在一定差异。目前，国产IGBT元器件、IC半导体的性能稳定性及相关技术指标未能完全满足公司产品的技术要求，预计短期内不能完全实现进口替代。”3）工业：斯达半导是国内工控IGBT龙头，2019、2020年斯达工控和电源行业收入达6、7亿元，对应市占率约为7%、9%，工控行业国产化率较低。3.2缺货涨价潮助力加速，2022年行业国产化率有望达38%2020年以来，需求端得益于新能源车、光伏需求爆发，供给端海外疫情反复限制海外产能，IGBT供需失衡，海外大厂交期持续上升，价格持续上升。得益于缺货涨价潮，IGBT行业国产化率快速提升。1）2021年英飞凌功率半导体业务收入同增20%，国内上市公司斯达半导体IGBT收入同增75%，士兰微IGBT业务收入实现翻倍增长，比亚迪半导功率半导体收入同增152%，中车时代功率半导体收入同增33%，新洁能IGBT收入同增529%。2）我们估算2020、2021年国内上市公司IGBT收入达31、57亿元，同增59%、88%，国产化率达为17%、25%，提升5pct、8pct。分行业来看：新能源车、新能源发电、工控、白电领域国产化率快速攀升。1）新能源车：2021年比亚迪半导、斯达半导、时代电气车载IGBT收入约为13、5、2亿元，同比均实现翻倍增长，国产化率超30%。2）工业：斯达半导是国内工控IGBT龙头，士兰微、华润微、宏微科技等企业亦有出货。2021年斯达半导工控和电源IGBT收入约为11亿元、同增51%、市占率约为12%，国产化率进一步提升。3）白电：士兰微是国内IPM龙头，新洁能、扬杰科技等企业亦有出货。2021年士兰微IPM收入达8.6亿元，白电领域IPM模块出货量超3800万颗，同比实现翻倍增长，出货量市占率达20%，国产化率快速攀升。4）2021年斯达半导、时代电气、扬杰科技、新洁能光伏IGBT收入均为几千万，且处于快速放量阶段。展望2022年，供需失衡贯穿全年。1）5月英飞凌公告财年二季报，公司积压订单达370亿欧元（2021年公司收入为111亿欧元，预计2022年收入为130~140亿欧元），且80%需求集中于12个月交付，2月英飞凌向经销商向经销商发布通知函、表示2022年供需失衡贯穿全年，或酝酿新一轮产品提价。2）5月安森美内部人士称2022年、2023年车用IGBT订单已满且不再接单。3）1月逆变器龙头企业锦浪科技预计2022年四季度前芯片供给难有大改善。4）海外厂商扩产普遍谨慎，主要的增量贡献是英飞凌投资16亿欧元在奥地利菲拉赫12寸产能，于2021年8月投产，预计通过4~5年产能爬坡后贡献增量收入20亿欧元，增量有限。供不应求的背景下，国产化率进程取决于产能释放速度，2022年国产化率有望达37%。从国内IDM模式的龙头IGBT产能规划来看，比亚迪半导、中车时代2022年8寸晶圆产能均实现翻倍增长，从国内Fab厂（华虹半导、中芯绍兴、先进积塔）IGBT产能规划来看亦能实现60%以上成长，从产能数据来看，我们估算2022年国内产能同增90%+，我们估算2022年国内上市公司IGBT收入有望实现翻倍增长，国产率达37%。3.3SiC行业壁垒更高，国内企业积极布局SiC行业壁垒更高，竞争格局更优，国内企业积极布局。1）SIC行业研发周期长、制造难度高、资金投入高。产业链涵盖衬底→外延→设计→制造→封装，其中衬底、外延、制造、封装占晶片加工成本的50%、25%、20%、5%，其中SiC单晶生长过程几乎是黑箱操作、难以观测、难度极高。英飞凌1992年开始进行碳化硅材料布局，直至近两年方开始大规模建厂扩产，2022年2月英飞凌宣布将投资20亿欧元扩充第三代半导体产能，预计项目达产贡献增量收入达20亿欧元。2）SiC衬底、外延片集中度最高，Wolfspeed市占率达50%，罗姆、II-VI市占率达35%，三家公司长晶炉均为自己设计。SiC功率器件的主要玩家包括意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美、三菱，2021年CR3达76%。3）国内企业纷纷布局SiC领域，其中2020年比亚迪半导作为全球首家、国内唯一实现SiC模块在电机驱动控制器中大批量装车。2022年时代电气投资4.6亿元将现有4英寸SiC芯片年1万片产能提升至6英寸SiC芯片年2.5万片。2021年斯达半导募资5亿元拟投产年产6万片的6寸SiC芯片，截至2021年9月斯达半导已获得3.4亿车规级SiCMOSFET模块订单。2021年H1士兰微SiC功率半导体中试线已成功通线，预计于2022年三季度投产。二、壁垒篇：技术壁垒+客户壁垒+资金壁垒高，行业先发优势明显1.技术壁垒：芯片设计+芯片制造+模块封装IGBT核心技术为IGBT芯片的设计和制造以及IGBT模块的设计、制造和测试。芯片设计端，芯片参数优化对工程师的知识储备和经验积累要求极高；芯片制造端，生产流程长、生产设备多、工艺流程要求高；模块封装端，工程师需要对针对不同客户需求对封装进行细微调整；IGBT行业对人才、设备要求极高。1.1IGBT芯片技术升级趋势IGBT芯片的结构设计包括元胞结构、栅极结构、纵向结构、终端结构等。其中主要迭代对象为栅极结构和纵向结构，IGBT芯片的不同代系通常以“栅极结构+纵向结构”来命名。IGBT芯片的栅极结构主要包括平面栅（PlanarGate）、沟槽栅（TrenchGate），其中沟槽栅又进一步衍生为精细化沟槽栅、微沟槽栅。IGBT芯片的纵向结构逐步由穿通型（PunchThrough）演变为非穿通型（NonPunchThrough），而后向场截止型（Field-Stop）方向发展。1.早期设计：穿通型（PT，PunchThrough）：使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+buffer，N-base外延，最后在外延层表面形成元胞结构。它因为截止时电场贯穿整个N-base区而得名。工艺复杂，成本高，而且需要载流子寿命控制，饱和压降呈负温度系数，不利于并联，于80年代后期被逐渐取代。2.IGBT2：平面栅（Planar）+非穿通型（NPT，NonPunchThrough）：相比PT，NPT使用低掺杂的N-衬底作为起始层，先在N-漂移区的正面做成MOS结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到IGBT电压规格需要的厚度，再从背面用离子注入工艺形成P+collector。在截止时电场没有贯穿N漂移区，因名非穿通型。部分IGBT2产品在高频开关应用领域仍有一定销量。3.IGBT3：沟槽栅（Trench）+场截止（Field-Stop）：1）栅极结构变为沟槽型，电子沟道垂直于硅片表面，消除了JFET结构，增加了表面沟道密度，提高近表面载流子浓度，性能更加优化。2）纵向结构方面，场截止的起始材料和NPT相同，都是低掺杂的N-衬底；场截止在背面多注入了一个Nbuffer层，它的掺杂浓度略高于N-衬底，因此可以迅速降低电场强度，使整体电场呈梯形，使所需的N-漂移区厚度大大减小；Nbuffer还可以降低P发射极的发射效率，从而降低了关断时的拖尾电流及损耗。在中低压领域基本已经被IGBT4取代，但在高压领域依然占主导地位，比如3300V，4500V，6500V的主流产品仍然在使用IGBT3。4.IGBT4：沟槽栅+场截止+薄晶圆：和IGBT3一样，都是场截止+沟槽栅的结构，但IGBT4优化了纵向结构，漂移区厚度更薄，背面P发射极及Nbuffer的掺杂浓度及发射效率都有优化。IGBT4是目前使用最广泛的IGBT芯片技术，电压包含600V，1200V，1700V，电流从10A到3600A具有涉及。5.IGBT5：沟槽栅+场截止+表面覆铜：使用厚铜代替了铝，铜的通流能力及热容都远远优于铝，因此IGBT5允许更高的工作结温及输出电流。同时芯片结构经过优化，芯片厚度进一步减小。铜的成本高于铝，IGBT5未得到广泛应用，目前只封装在PrimePACK™里，电压也只有1200V，1700V。6.IGBT6：沟槽栅+场截止：器件结构和IGBT4类似，但是优化了背面P+注入，从而得到了新的折衷曲线。IGBT6未得到广泛应用，只有单管封装的产品。7.IGBT7：微沟槽栅+场截止：IGBT7作为最新一代技术，其沟道密度更高，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现5kv/us下的最佳开关性能。目前，IGBT7尚未得到广泛应用，但发展前景广阔。英飞凌的相关产品中，T7用于电机驱动器，E7应用于电动商用车主驱，光伏逆变器等。随着光伏产业、新能源汽车产业的发展，IGBT7有望进一步推广。1.2IGBT芯片设计壁垒：难点在于不同参数的均衡取舍IGBT芯片由于其工作在大电流、高电压、高频率的环境下，对芯片的可靠性要求较高，同时芯片设计需保证开通关断、抗短路能力和导通压降（控制热量）三者处于均衡状态，芯片设计与参数调整优化十分特殊和复杂。1.3IGBT芯片制造壁垒：难点在于减薄工艺、背面工艺IGBT芯片工艺难度较高，难点主要在于薄片工艺和背面工艺。IGBT芯片工艺可以按流程分为正面工艺、减薄工艺、背面工艺三个阶段。减薄工艺需克服8英寸以上的硅片减薄至一定程度后极易翘曲、破碎的技术难题。芯片减薄可以显著提升散热效率、减小芯片体积、提高器件性能。对于特定IGBT器件，芯片厚度需要减薄到100um的量级，后续的加工处理非常困难，硅片极易破碎和翘曲。背面工艺需解决离子注入、背面激光退火难的问题。在对已减薄的硅片进行离子注入的过程中，需要借助激光退火技术来精确控制硅片面的能量密度。因正面金属熔点限制，背面退火难度较大。背面离子注入需要用到离子注入设备，该设备技术难度极高，通常需通过国外采购，每台价格接近1亿元，会受到进口限制。1.4IGBT模块封装壁垒：难点在于高可靠性IGBT模块的封装技术难度高，高可靠性设计和封装工艺控制是其技术难点。IGBT模块具有使用时间长的特点，汽车级模块的使用时间可达15年。因此在封装过程中，模块对产品的可靠性和质量稳定性要求非常高。高可靠性设计需要考虑材料匹配、高效散热、低寄生参数、高集成度。封装工艺控制包括低空洞率焊接/烧结、高可靠互连、ESD防护、老化筛选等，生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握，如铝线键合，表面看只需把电路用铝线连接起来，但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设臵、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。2.客户壁垒：认证周期长，先发企业优势明显IGBT产品取得客户认可的时间较长。由于其稳定性、可靠性方面的高要求，客户的认证周期一般较长，态度偏向谨慎，在大批量采购前需要进行多轮测试。新进入者很难在短期内获得下游客户认可。以汽车级IGBT为例，认证全周期可达2-3年。IGBT厂商进入车载市场需要获得AEC-Q100等车规级认证，认证时长约12-18个月。通过后，厂商还需与车厂或Tier1供应商进行车型导入测试验证，这一过程可能持续2-3年。在测试验证完成后，供应商通常会先以二供或者三供的身份供货，再逐步提高量。而在需求稳定的情况下，车厂出于供应链安全考虑，更倾向于与现有供应商保持合作，新IGBT供应商可能无法得到验证机会。3.资金壁垒：制造端属于重资产行业，新建项目投资高昂IGBT制造属于资本密集型行业，其产业链较长，包括芯片设计、芯片制造、模块制造、测试等环节；部分设备依赖进口，成本高昂。产品研发阶段亦需要较长研发时间和较高研发成本。三、财务篇：国内企业成长性更佳，海外龙头毛利率、研发费率更高我们选取国外头部厂商英飞凌、安森美，以及国内厂商时代电气、斯达半导、士兰微、华润微、宏微科技、扬杰科技、新洁能进行财务对比。从成长性来看，得益于国产化率提示，过去五年国内企业成长性优于海外大厂，其中斯达半导2016~2021年收入、归母净利五年CAGR达42%、79%，领先行业。2022年Q1斯达半导收入、归母净利同增67%、102%，领先行业。从ROE来看，各家企业ROE波动较大，2021年九家企业ROE均高于10%，其中士兰微最高、达30.8%，新洁能次之、达30.5%。2021年多家企业ROE大幅提升主要系功率半导体缺货涨价潮下盈利能力大幅提升。海外龙头毛利率更高且稳定性更强，受价格周期影响国内部分企业盈利能力波动性较大。从净利率、毛利率来看，受益于功率半导体行业缺货涨价潮，近两年各企业盈利能力明显提升。海外龙头英飞凌、安森美毛利率较高且较为稳定，2021年英飞凌、安森美毛利率达39%、40%，国内斯达半导毛利率达36%、且呈现稳步提升，新洁能、士兰微毛利率波动性较大，宏微科技毛利率显著低于同业，但周期性明显。国内企业费率更低，净利率明显优于海外企业，受益于毛利率提升、规模效应，斯达半导净利率持续提升、2021年达23%，新洁能、士兰微净利率波动性较大。从固定资产率来看，IDM模式中尚处于前期投入期的企业较低，士兰微、华润微2021年固定资产周转率仅1.7、1.9次；采用Fabless的新洁能固定资产周转率最高、2021年达8次。从应收账款周转天数来看，海外大厂账期普遍较短，2021年英飞凌、安森美应收账款率达8.6、7.9次，国内企业华润微最佳、仅7.6次，但账期普遍拉长。四、投资分析1.斯达半导：国内IGBT模块龙头，新能源业务快速放量公司主营为IGBT模块，2021年IGBT模块收入达16亿元、收入占比达93%，公司下游主要为工控和电源、新能源，收入占比为62%、33%。主要客户包括英威腾、汇川技术等企业。目前公司采用Fabless模式，代工厂为上海华虹、上海先进等。国内IGBT模块龙头自建晶圆厂，由Fabless走向IDM。1）公司成立于2005年，是国内首批IGBT公司，2011年，公司研发出工业级中等功率模块；2012年公司研发出第一代自研芯片NPT型IGBT芯片，2015年公司对标英飞凌主流第四代IGBT芯片的FS-Trench芯片成功研发，并于2016年实现量产。2020年公司IGBT模块排名全球第六，较2019年提升一名，全球市占率达2.8%，是国内唯一进入全球IGBT模块前十的公司。2）2021年末公司定增募资35亿元自建晶圆厂，预计达产后形成6寸高压功率芯片30万片/年、6寸SiC芯片6万片/年，功率半导体模块400万片/年。新能源业务快速增长。1）2021年公司新能源行业收入达5.7亿元、同增166%，公司应用于主电机控制器的车规级IGBT模块持续放量，合计配套超过60万辆新能源汽车、其中A级车超15万辆，应用于主电机控制器的车规级IGBT模块开始大批量配套海外市场，预计2022年海外市场份额将会进一步提高。2）截至2021年9月公司已获得3.4亿车规级SiCMOSFET模块订单，交货周期为2022~2023年。2.比亚迪半导体：国内新能源车IGBT模块龙头，SiC全球首家批量上车公司主营业务为车规级半导体，产品涵盖功率半导体（IGBT模块、SiC器件、IPM）、智能控制IC（MCU）、智能传感器（CMOS）等业务，2021年公司功率半导体收入达13.5亿元、收入占比43%。公司功率半导体业务采用IDM模式，是国内新能源车IGBT模块龙头。1）公司于2005年组建IGBT团队，2007年组建IGBT模块产线，2008年公司收购宁波中纬半导体、建立6寸晶圆生产线，2009年自研成功IGBT1.0芯片，标志中国IGBT芯片实现0突破。2）2019年公司在中国新能源乘用车电机驱动控制器用IGBT模块厂商中位列第二、仅次于英飞凌、占比达19%。公司功率半导体业务处于快速扩产期。1）2021年末公司功率半导体晶圆产能仅能配套新能源车40万辆。主要客户涵盖比亚迪、蓝海华腾、汇川技术、英威腾、宇通汽车等。2）2020年公司投资10亿元于长沙扩产8寸晶圆产能、设计产能达25万片/年、配套新能源车50万辆。3）2021年公司拟投资49亿元于济南扩产8寸晶圆产能、计划于2023年满产、产能达36万片/年、配套新能源车90万辆，2022年产能达20万片/年、配套新能源车50万辆、新增收入14.5亿元。（报告来源：未来智库）3.士兰微：国内功率IDM大厂，MOS、IPM模块国内市占率领先公司业务涵盖分立器件、集成电路及发光二极管三大板块，2021年收入占比达53%、32%、10%。分立器件覆盖MOSFET、IGBT、PIM、FRD、SBD等产品，集成电路板块覆盖IPM、MEMS、AC/DC、DC/DC、MCU、PMIC等产品。2021年公司IGBT收入达13亿元，收入占比为18%。其中IPM模块收入达8.6亿元，实现翻倍增长，变频白电IPM模块销量达3800万颗，我们估算在变频白电IPM市占率达20%；工控IGBT单管批量供货，车规IGBT产品通过部分汽车厂商测试，开始小批量供货；光伏IGBT单管已在国内部分光伏客户逐步上量。2020年公司IPM模块全球市占率达1.6%、排名第九，IGBT单管全球市占率达2.6%、排名第十，MOSFET全球市占率达2.2%、排名第十。4.时代电气：轨交装备龙头，轨交电网IGBT龙头，新能源IGBT快速放量公司是主营为轨道交通装备产品，2021年公司总收入达151亿元，轨交业务收入占比达81%，新兴装备（功率半导体、工业变流器、海工装备、传感器件、新能源车电驱）收入占比17%。公司功率半导体业务采用IDM模式，2021年公司8英寸IGBT晶圆月产能达36万片/年。1）2008年10月公司通过收购英国Dynex75%股权正式将业务拓展进入高压IGBT领域，2009年公司建成国内首条高压IGBT模块封装线，2014年公司建成国内首条、全球第二条8寸IGBT晶圆产能，产能达12万片/年，2017年公司高压IGBT模块成功应用于电力系统领域，并研制出世界最大容量压接型IGBT。2020年公司建成8寸IGBT晶圆二期项目，设计产能24万片/年，目前处于产能爬坡阶段。2）2022年公司投资4.6亿元将现有4英寸SiC芯片年1万片产能提升至6英寸SiC芯片年2.5万片。5.华润微：国内功率