Leistungselektronik: Prognosen, Chancen und Risiken bis 2029

Der globale Markt für Leistungselektronik bis 2029

Der weltweite Markt für Leistungselektronik wächst rasant. Im Jahr 2023 wurde der Markt auf 23,8 Milliarden US-Dollar geschätzt, wobei dieser laut den Marktforschern von Yole bis 2029 auf 35,7 Milliarden US-Dollar ansteigen soll – ein jährliches Wachstum von 7,0 %. Treibende Kräfte hinter diesem Anstieg sind insbesondere Elektrofahrzeuge (xEV), Ladeinfrastrukturen und die zunehmende Bedeutung erneuerbarer Energien, was zeigt, dass die Leistungselektronik ein Schlüsselsektor ist, der sowohl für die Energiewende als auch für die Mobilität der Zukunft eine zentrale Rolle spielt.

Diskrete Bauelemente und Module: Wachstum in den Schlüsselbranchen

Innerhalb der Leistungselektronik gibt es zwei große Marktsegmente: diskrete Bauelemente und Leistungsmodule.

Der Markt für diskrete Bauelemente erreichte 2023 ein Volumen von 15,5 Milliarden US-Dollar und wird bis 2029 voraussichtlich auf 19,5 Milliarden US-Dollar anwachsen. Das entspricht einem jährlichen Wachstum von 3,9 %. Diskrete Bauelemente sind vor allem in Anwendungen wie Onboard-Chargern (OBC), DC-DC-Wandlern und der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zu finden. Auch in der Konsumgüter- und Automobilindustrie spielt dieses Segment eine bedeutende Rolle, was die breite Anwendungsvielfalt und die Bedeutung für zukünftige technologische Entwicklungen verdeutlicht.

Noch dynamischer entwickelt sich der Markt für Leistungsmodule, die zunehmend in Batteriespeichersystemen und Ladesystemen für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Hier wird ein starkes jährliches Wachstum von 12,0 % erwartet, was bis 2029 zu einem Marktvolumen von 16,2 Mrd. US-Dollar führen wird. Dies verdeutlicht das enorme Potenzial, das in der Weiterentwicklung der Ladeinfrastruktur und der Energiespeicherung liegt – beides Schlüsselfaktoren für die Transformation des globalen Energiesektors. Leistungsmodule gewinnen aber auch zunehmend in der Motorsteuerung von Wärmepumpen an Bedeutung.

Die Rolle von Si, SiC und GaN im Power-Markt

Die Wahl der verwendeten Materialien spielt eine entscheidende Rolle im Markt der Leistungselektronik. Gegenwärtig wird der Markt vor allem von drei Materialtypen dominiert: Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Silizium, allem voran der IGBT, bleibt dabei der größte Player, insbesondere in der Automobilindustrie und im Konsumgüterbereich, wo seine etablierten Technologien für eine breite Anwendung sorgen.

Doch SiC gewinnt zunehmend an Bedeutung, besonders in der Elektromobilität (xEV) und in industriellen Anwendungen, da es gegenüber Silizium eine höhere Effizienz bei höheren Spannungen bietet. SiC ermöglicht es, leistungsstarke und kompakte Systeme zu entwickeln, die in Bereichen wie Ladeinfrastruktur oder industriellen Hochspannungsanwendungen immer gefragter werden. Zudem führen sinkende Produktionskosten und technologische Fortschritte zu einer weiteren Stärkung der Wettbewerbsposition von SiC gegenüber Silizium und GaN. Durch den derzeit laufenden Übergang von von 150-mm-Substraten auf 200-mm-Substraten bei vielen SiC-Substratherstellern sinkt der Preis von SiC-Bauelementen und die Verfügbarkeit steigt.

Galliumnitrid (GaN) findet seinen Haupteinsatzbereich in der Konsumelektronik, etwa bei Ladegeräten und Netzteilen für Laptops, aber auch in der Elektromobilität gewinnt dieses Material an Bedeutung. Auch nutzen Hilfsstromversorgungen in Rechenzentren zunehmend GaN-Technologie, da sie durch die deutlich höheren Schaltfrequenzen den Wirkungsgrad erheblich steigern können. In den kommenden Jahren könnte zudem Galliumoxid (Ga2O3) als eine vielversprechende Alternative auf den Markt drängen, allerdings wird dies erst nach dem Prognosezeitraum erwartet.

Die steigende Nachfrage nach Wafern und neue Herausforderungen

Mit der wachsenden Nachfrage nach Leistungselektronik steigt auch der Bedarf an Wafern. Besonders gefragt sind Silizium-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm (12 Zoll). GaN auf Silizium (GaN on Silicon, wobei das GaN epitaktisch auf Si-Wafern erzeugt wird) nutzt hauptsächlich 6- und 8-Zoll-Wafer. Jedoch kündigte Infineon bereits an, GaN on Silicon auf 300-mm-Wafern in seinem Werk in Villach/Österreich fertigen zu können. SiC-Wafer werden aufgrund der Produktionsanforderungen hauptsächlich in 6 Zoll, zunehmend aber auch auf 8-Zoll-Substraten gefertigt. Erste Hersteller, z. B. Rohm Semiconductor, haben bereits angekündigt, ihre neuesten SiC-MOSFET-Generationen ausschließlich auf 8-Zoll-Substraten herstellen zu wollen. Auch STMicroelectronics und Wolfspeed arbeiten am Umstieg auf 8-Zoll-SiC-Substrate. Es ist also zu erwarten, dass der Anteil von 8-Zoll-Wafern in den kommenden Jahren deutlich steigen wird. Die Kapazitäten für die Produktion von SiC-Wafern steigen rapide, was jedoch auch zu einem Überangebot führen könnte, da die Nachfrage im xEV-Bereich hinter den Erwartungen zurückbleibt.

Konsolidierung in der Branche: Überkapazität und Innovationen

Die Leistungselektronikbranche steht nach einer Phase des schnellen Kapazitätsausbaus vor einer Konsolidierung. Besonders im Bereich der SiC-Wafer führt das Überangebot zu einer Anpassung des Marktes. Dies wird Innovationen fördern, die Preise senken und neue strategische Partnerschaften ermöglichen. Eine Zunahme von Fusionen und Übernahmen wird ebenfalls erwartet. Chinesische Unternehmen spielen eine zentrale Rolle in diesem Prozess, da sie stark in Endsystemen wie Photovoltaikanlagen, Windkraft und Elektrofahrzeug-Ladeinfrastruktur vertreten sind und zudem umfangreiche Kapazitäten in der Herstellung von Silizium- und SiC-Wafern besitzen.