为深入贯彻落实党中央、国务院关于“做好碳达峰、碳中和工作”的决策部署，经报国家碳达峰碳中和工作领导小组办公室有关领导同志后，中国工业经济联合会自2022年起，从遴选示范、调查研究和宣传培育等三个维度开展中国工业碳达峰“领跑者”企业研究工作，找出并宣传推广企业优秀成果与案例，助力工业领域更好地开展碳达峰和高质量发展工作。

根据工作计划，中国工业经济联合会将在有关部委、部分地方政府和行业组织的支持下，持续做好中国工业碳达峰“领跑者”企业研究工作，在2022年已经发布的42家首届中国工业碳达峰“领跑者”企业基础上，到2025年累计找出300家（其中，2023年计划选出约60家），到2030年累计找出1000家中国工业碳达峰“领跑者”企业。现将调研过程中了解到的一些优秀企业成果和案例进行系列报道，为各地方、行业、企业做好工业碳达峰工作，实现工业绿色低碳转型和工业高质量发展提供参考借鉴。

山东天岳先进科技股份有限公司（简称“天岳先进”）是我国碳化硅半导体材料行业的领军企业。公司自主攻克了碳化硅晶体生长、衬底加工等一系列国际难题，掌握碳化硅衬底材料产业化核心关键技术，获得国家科技进步一等奖，是国家工信部单项冠军示范企业和“专精特新”小巨人企业。目前已授权专利492项，在碳化硅领域知识产权数量位列全国之首，是国家知识产权示范企业，于2022年1月12日登陆A股科创板上市，是我国专注于碳化硅衬底领域首家、也是唯一的上市公司。

碳化硅单晶衬底制备具有极高的技术壁垒，目前国际上仍然只有少数企业能够实现大规模生产。碳化硅晶体对生长过程、生长环境的要求非常严苛，需要在2000℃以上且接近真空的高温低压环境下，精密控制原子运动，整个过程环境变量多，可监控手段极其有限。

天岳先进是我国最早从事碳化硅衬底制备的企业之一，十几年来始终专注于碳化硅衬底制备，公司在山东济南、济宁，上海临港建有三家生产厂区。2023年5月，上海工厂进入产品交付阶段，30万片产能有望早日实现达产，第二阶段96万片产能规划也已启动，这将进一步提升公司高品质导电型碳化硅衬底产品的产能产量，助力双碳战略。

图1 山东天岳先进科技股份有限公司

一、先进半导体材料助力实现双碳目标

在“碳达峰碳中和”大背景下，电气化发展和电能的高效利用成为全球能源变革的重要发展方向。作为宽禁带半导体材料的代表，碳化硅衬底材料依靠优良的物理性能脱颖而出，成为电力电子行业实现减排增效的重要基础。基于碳化硅材料制作的功率器件，具有耐高温、耐高压、开关速度快等优势，可大幅提升系统耐压的同时，降低电能转换功耗，提高能量转换效率，达到减排增效的效果。已经在电动汽车、储能、光伏等新能源领域获得应用。目前碳化硅衬底材料和器件在电动车领域展现了强劲的市场需求，在电网等输变电领域也将获得持续的渗透应用，这都将有助于双碳目标的推进。

图2 6英寸和8英寸导电型碳化硅衬底材料

二、智能制造赋能低碳生产

碳化硅晶体生长过程是在密闭容器下，通过电磁感应加热方式将原材料气化升华，碳原子和硅原子按4H晶型重新排列组合生长成碳化硅单晶。整个生长过程密闭不可视，可直接测量手段有限，且影响晶体生长的环境变量众多，耦合关系复杂。传统的技术更迭仅能通过调整少数变量摸索工艺，且需要大量的工程化实验，不仅周期长且耗能巨大。为此，公司引入了数字化智能化生产，基于仿真模拟、模型训练、人工智能优化算法、精确控制等技术，研究影响晶体生长的关键核心工艺参数的变化规律和产品质量以及制备效率之间的关联性，通过对单晶生长装备热场、气场、压力场以及多场耦合协同分析，利用积累的生产数据在数字工厂模拟长晶工艺，将模拟成果在实体工厂进行验证，在大幅提升产品研发速率的前提下，实现节能降碳。

天岳先进已将绿色低碳发展理念融入公司整体战略，能源管理和能源使用双管齐下。一方面积极完善能源优化管理方案，通过ISO50001能源管理体系认证，另一方面运用绿色化智能化改造搭建智慧工厂，为减排增效开辟出一条崭新的路径，进一步实现绿色低碳发展，近两年累计减排3183吨二氧化碳。

三、碳化硅衬底材料助力新能源汽车节能减排

天岳先进已成为英飞凌、博世集团等国内外电力电子、汽车电子领域知名企业的长期供应商，高品质的碳化硅衬底材料将为电动汽车行业发展提供有力的材料端支撑。

目前充电时间过长和续航里程有限是制约电动汽车发展的两大核心要素。对此，高压快充和降低系统功耗成为解决上述问题的主流方向。碳化硅衬底已应用于电动车逆变器、OBC及充电桩，为解决上述两个问题发挥重要作用。基于碳化硅衬底材料制作的功率器件具有耐高温、耐高压、开关速度快等优势，可大幅提升系统耐压的同时，降低电能转换功耗提高能量转换效率。

我国首批采用碳化硅器件的800V平台电动汽车已经上市，在同等电池容量情况下碳化硅衬底可提升电动汽车5-10%续航里程，同时，高压平台碳化硅方案可以节省电缆、动力电池、冷却系统等部件成本。天岳先进累计向下游提供超10万片导电型衬底，根据测算，可满足约20万辆电动汽车需求，假设1辆电动汽车1年行驶2万公里，则20万辆电动汽车可行驶40亿公里，碳化硅衬底提升了4亿公里续航里程，节省电能超6600万度，仅20万电动汽车每年可减排4万吨二氧化碳。截至2022年，我国新能源汽车保有量突破1300万台（中新社），充电基础设施数量达到520万台，同比增长近100%（新华社）。目前碳化硅衬底在电动汽车中的渗透率为30%，随着碳化硅技术在电动汽车领域的不断推进，电动汽车将成为我国实现“双碳目标”的战略基石。

四、碳化硅衬底材料可助力多产业实现能源革命

【轨道交通】

天岳先进和国内领先的轨道交通企业深入合作，共同研发出基于碳化硅衬底的功率器件方案，带动节能减排。据深圳地铁1号线全碳化硅牵引逆变器试验结果显示，能耗降低10％以上，牵引电机在中低速段噪声同比下降5dB以上。截至2022年底，中国大陆地区共有55个城市开通城市轨道交通，运营线路308条，运营线路总长度10287.45公里。根据中国城市轨道交通协会数据，2022年全国城轨交通总电能耗227.92亿度，如果全部采用碳化硅技术，全国城轨交通可节省22.7亿度电，减排138万吨二氧化碳。

【光伏&风电】

根据国际能源署数据，在过去的三十年间，全球55%的累计排碳来自电力行业，电力行业80%的碳排放来自燃煤发电，而随着全球电动化的推进，未来电力占二次能源比重将不断增加。因此大力发展清洁能源成为实现碳达峰碳中和的重要途径。根据清华大学能源环境经济研究所预计，2060年，风光发电量比重将接占发电总量的60%。但两者都存在季节性、间歇性、波动性等不稳定因素，需要更高效的电力电子系统提升电能转换效率。碳化硅光伏逆变器的转换效率可提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，能够减小系统体积、增加功率密度、延长器件可靠性、降低生产和使用成本，在光电领域带来亿吨级的减排效果。

【储能&电网】

储能系统是平抑、消纳新能源发电不稳定因素的有效方式，需求渐趋刚性。发电侧，储能与风光电配合装机，解决新能源消纳问题，并平抑其波动性；电网侧，维护电力系统安全、稳定；用电侧，协助电力系统实现削峰填谷。面对此类大量电能转换的场景，依托碳化硅功率器件高效率的优势，可以有效助力节能减排。与此同时，电网运行则面临随机性、不确定性负荷增多、分布式电源接入、远距离输送等难题，这要求电网向广泛互联、智能互动、安全可控方向升级。具有高度灵活性可控性的柔性交直流输电设备已成为新能源电网建设发展的关键技术手段，电网所需要的耐压等级不同于一般场景，一般达到根据场景，需要万伏千安级别，天岳先进发挥自身在衬底材料方面的技术优势，通过和国家电网合作，正在研发用于电网领域的大功率碳化硅基功率器件，这将成为节能减排重要的发展方向。

目前，碳化硅器件的减排增效特性已经在电动汽车领域得到体现，随着新能源汽车的发展和普及未来一段时间将继续带动更大的市场需求。此外，碳化硅器件优异的物理性能还在新能源发电、储能、智能电网等实现“碳达峰碳中和”的重要手段中发挥作用，从发电、传输、存储、负载全方位提升能源使用效率。

图3 碳化硅衬底片

一代材料、一代器件、一代产业，碳化硅半导体材料堪比信息化时代的硅材料、机械化时代的金属材料，即将引领电气化时代及智能化时代的大发展；成为低碳绿色节能、数字智能化的关键核心、成为带动“新能源革命”绿色低碳的一代新材料。碳化硅半导体是面向经济主战场、面向国家重大需求的战略性行业，天岳先进长期坚持科技创新，产品质量和产能均跻身世界第一梯队，为我国宽禁带半导体行业发展奠定了坚实的基础。公司将秉承“先进·品质·持续”的经营理念，持续为我国绿色低碳发展战略注入动力。

联系人：中国工业碳达峰项目组

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