功率半導(dǎo)體

功率半導(dǎo)體器件（Power Electronic Device）又稱為電力電子器件和功率電子器件，是指可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件，其作用主要分為功率轉(zhuǎn)換、功率放大、功率開關(guān)、線路保護(hù)和整流等。

光伏逆變器

光伏逆變器是指可以將光伏（PV）太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器是光伏陣列系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)平衡之一，可以配合一般交流供電的設(shè)備使用。太陽能逆變器有配合光伏陣列的特殊功能，例如最大功率點追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機能。

各國對于新能源的需求日益增加，全球光伏新增裝機量不斷擴(kuò)大，帶動光伏逆變器需求增速加快。逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，是將直流電轉(zhuǎn)化為用戶可以使用的交流電的必要過程。在光伏逆變器中，分升壓模塊和逆變兩部分電路，其中逆變電路中一般使用IGBT模塊。采用IGBT作為太陽能光伏發(fā)電關(guān)鍵電路的開關(guān)功率器件有利于減少整個系統(tǒng)損耗，促進(jìn)光伏整體發(fā)電速率。

IGBT的定義

IGBT是一種可實現(xiàn)電路控制與電能轉(zhuǎn)化的功率半導(dǎo)體，應(yīng)用范圍廣泛，光伏IGBT應(yīng)用于光伏逆變器，是影響其性能的重要部件。IGBT又稱絕緣柵雙極性晶體管，是由BJT（雙極型三極管）與MOSFET（絕緣型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合型全控電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，在電路中作為電路開關(guān)，通過開關(guān)控制改變電壓，擁有柵極G、集電極C、與發(fā)射極E，由柵極與發(fā)射極之間的電壓決定其導(dǎo)通與關(guān)斷。IGBT的用途包括變頻、整流、變壓、放大功率與功率控制等，是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心。?IGBT同時具備MOSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)電流大、導(dǎo)通壓降低、開關(guān)損耗小的優(yōu)點，適用于中、大功率應(yīng)用的電力電子器件。當(dāng)前普遍應(yīng)用于650-6500V的中高壓領(lǐng)域，主要包括工業(yè)控制、白色變頻家電、風(fēng)電、光伏、新能源汽車等。以下是IGBT的應(yīng)用和分類。

IGBT的技術(shù)演變過程如下圖所示：從1980年至今，IGBT經(jīng)歷了六代技術(shù)的發(fā)展演變，過程如圖1所示，分別是第一代平面穿通型（P.PT），第二代改進(jìn)的平面穿通型（P.PT），第三代平面非穿通型（P.NPT），第四代溝槽非穿通型（Trench.NPT），第五代平面柵軟穿通型（P.SPT）和第六代溝槽柵電場-截止型（FS-Trench）

IGBT模塊產(chǎn)業(yè)鏈主要包括IGBT芯片設(shè)計、制造、模塊封測三大部分，而根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋程度，可以行業(yè)分為IDM、Fabless和Foundry三種運作模式。產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料的生產(chǎn)與制造，中游涉及IGBT的制造與封裝測試，下游為光伏逆變器生產(chǎn)商。晶圓是制造功率器件等半導(dǎo)體器件的基本材料，其所需制造原材料主要為硅片及硅基材料、光掩模、光刻膠輔材、濕電子化學(xué)品、濺射靶材、CMP拋光材料、電子特氣等。主要設(shè)備為光刻機、薄膜沉積設(shè)備、刻蝕機、離子注入設(shè)備、拋光設(shè)備、測試設(shè)備等。當(dāng)前中國本土廠商在材料與設(shè)備上競爭力均較弱。

IGBT作為功率器件，在逆變器中承擔(dān)著功率變換和能量傳輸?shù)淖饔?，是逆變器的心臟。IGBT在光伏逆變器的核心利用體現(xiàn)在驅(qū)動保護(hù)、過電流/短路保護(hù)、過溫保護(hù)、機械故障保護(hù)等四個方面。IGBT 在光伏逆變器中主要應(yīng)用在 DC/DC 升壓和 DC/AC 逆變電路中，小編找到兩個示意圖如下。

光伏領(lǐng)域IGBT市場飛速增長

下游光伏逆變器出貨量增長勢頭強勁，促使光伏IGBT的需求上升，組串式逐漸替代集中式的趨勢將為IGBT單管帶來增量空間。中國光伏IGBT行業(yè)受下游光伏逆變器的需求驅(qū)動，行業(yè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)本土企業(yè)競爭力提升，促進(jìn)行業(yè)良性發(fā)展。

根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，2025年全球和中國光伏新增裝機容量的中值分別為：300GW和100GW，我們估計2025年全球和中國的光伏領(lǐng)域IGBT市場空間比例為3:1。 那么預(yù)計中國光伏領(lǐng)域 IGBT 市場規(guī)模2025 年達(dá)到73.52億元。

來源：網(wǎng)絡(luò)天風(fēng)證券

審核編輯：劉清